(57)【要約】【課題】  複数のＸ線ビームを出射させるＸ線源を用いたＸ線撮像装置であって、干渉パターンの不均一さを軽減することを目的とする。【解決手段】  Ｘ線撮像装置は、電子源とターゲットとを有するＸ線源と、Ｘ線源からのＸ線を回折する回折格子と、遮蔽格子からのＸ線を検出する検出器と、を備える。Ｘ線源のターゲットは複数の凸部を有し、複数の凸部の各々は出射面を有する。出射面は、電子源からの電子線が入射することにより、回折格子へ向かうＸ線を出射する。出射面から出射されたＸ線は、回折格子で回折されることにより、干渉パターンを形成する。ターゲットの複数の凸部は、複数の干渉パターンの明部同士及び暗部同士が互いに重なるように配列されていて、複数の出射面の各々と回折格子との距離が互いに等しいことを特徴とする。【選択図】  図１
2012032387.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子源とターゲットとを有するＸ線源と、
前記Ｘ線源からのＸ線を回折する回折格子と、
前記回折格子からの前記Ｘ線を検出する検出器と、
を備えた被検体を撮像するＸ線撮像装置であって、
前記ターゲットは複数の凸部を有し、
前記複数の凸部の各々は出射面を有し、
前記出射面は、前記電子源からの電子線が入射することにより、前記回折格子へ向かう前記Ｘ線を出射し、
前記出射面から出射された前記Ｘ線は、前記回折格子で回折されることにより、干渉パターンを形成し、
前記複数の凸部は、複数の前記干渉パターンの明部同士及び暗部同士が互いに重なるように配列され、
複数の前記出射面の各々と前記回折格子との距離が互いに等しいことを特徴とするＸ線撮像装置。
【請求項２】
前記ターゲットは、前記出射面を有する複数の凸部の高さの中心を結んでできる基準面と前記回折格子とが平行にな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】
複数の前記出射面は、前記回折格子の垂線となす角度が０度を超え４５度以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載のＸ線撮像装置。
【請求項４】
前記電子線は、前記出射面を有する複数の凸部の高さ方向の中心を結んでできる基準面に対して０度を超え７５度未満で前記ターゲットへ入射することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のＸ線撮像装置。
【請求項５】
前記ターゲットは複数の第２の面を有し、前記複数の出射面に入射する電子線の密度は前記複数の第２の面に入射する電子線の密度よりも高いことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のＸ線撮像装置。
【請求項６】
前記ターゲットは反射型のターゲット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Ｘ線撮像装置。
【請求項７】
前記出射面は、下記式のＰ０で現わされる距離で前記ターゲット上に配列されていることを特徴とする請求項１乃至６に記載のＸ線撮像装置。
Ｐ０＝ｎ×Ｐｓ×（Ｌ／ｄ）
但し、ｎは整数、Ｐｓは前記干渉パターンのピッチ、Ｌは前記ターゲットと前記回折格子の距離、ｄは前記回折格子と前記干渉パターンの距離である。
【請求項８】
前記Ｘ線源は発生したＸ線を前記Ｘ線源の外へ放出するためのＸ線窓を有し、
前記Ｘ線窓は発生したＸ線を遮蔽するＸ線遮蔽部材を有し、
前記Ｘ線遮蔽部材は下記式のＰ０２で現わされる距離で前記Ｘ線窓に配列されており、前記Ｘ線遮蔽部材の配列方向が前記出射面の配列方向と直交してい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Ｘ線撮像装置。
Ｐ０２＝ｎ×Ｐｓ×（Ｌ２／ｄ）
但し、ｎは整数、Ｐｓは前記干渉パターンのピッチ、Ｌ２は前記Ｘ線窓と前記回折格子の距離、ｄは前記回折格子と前記干渉パターンの距離である。
【請求項９】
前記ターゲットは、第１の部分ターゲットが複数組み合わされて構成されており、
前記第１の部分ターゲットは前記出射面を複数持ち、
前記出射面は前記電子線のエネルギーをＸ線へ変換する材料からなり、
１つの前記第１の部分ターゲットにおける前記出射面の配列の方向と垂直な方向に複数の前記第１の部分ターゲットが並べられており、
前記出射面は下記式のＰ０で表される距離で配列されてい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Ｘ線撮像装置。
Ｐ０＝ｎ×Ｐｓ×（Ｌ／ｄ）
但し、ｎは整数、Ｐｓは前記干渉パターンのピッチ、Ｌは前記ターゲットと前記回折格子の距離、ｄは前記回折格子と前記干渉パターンの距離である。
【請求項１０】
前記ターゲットは複数の前記第１の部分ターゲットと、
前記電子線のエネルギーをＸ線へ変換する変換率が前記第１の部分ターゲットよりも低い材料からなる表面を持つ、複数の第２の部分ターゲットを有し、
１つの前記第１の部分ターゲットにおける前記出射面のピッチの方向と垂直な方向に複数の前記第１の部分ターゲットと前記第２の部分ターゲットが並べられており、
少なくとも、前記第１の部分ターゲットは前記式のＰ０で表される距離で配列されていることを特徴とする請求項９に記載のＸ線撮像装置。
【請求項１１】
前記ターゲットにおける前記出射面の配列方向が、
前記第１の部分ターゲットにおける前記出射面の配列の方向と交差し、
且つ、前記第１の部分ターゲットが並べられている方向と交差する請求項９に記載のＸ線撮像装置。
【請求項１２】
前記干渉パターンの明部同士及び暗部同士は、部分的に重なっていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のＸ線撮像装置。
【請求項１３】
被検体の断層像を求めるＸ線コンピュータ断層撮影システムであって、
請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のＸ線撮像装置と、
複数の異なる方向から前記Ｘ線撮像装置で前記被検体を撮像することで取得した該被検体の複数の位相像に基づいて、該被検体の断層像を求めるコンピュータと、を有することを特徴とするＸ線コンピュータ断層撮影システム。
【請求項１４】
電子源とターゲットとを有するＸ線源と、
前記Ｘ線源からのＸ線を回折する回折格子と、
前記回折格子からの前記Ｘ線を検出する検出器と
を備えたＸ線撮像装置に用いられるＸ線源であって、
前記ターゲットは複数の凸部を有し、
前記複数の凸部は各々出射面を有し、
前記出射面は、
前記電子源からの電子線が入射することにより前記回折格子へ向かう前記Ｘ線を出射し、
前記出射面から出射されたＸ線は、前記回折格子で回折されることにより、干渉パターンを形成し、
前記複数の凸部は、複数の前記干渉パターンの明部同士及び暗部同士が互いに重なるように配列し、
複数の前記出射面の各々と前記回折格子との距離が互いに等しいことを特徴とするＸ線源。
【請求項１５】
電子線を発生する電子源と、
前記電子線が入射するターゲットと、
前記ターゲットから出射されるＸ線をＸ線源外へ放出するＸ線窓と、を有するＸ線源であって、
前記ターゲットは複数の凸部を有し、
複数の前記凸部は各々出射面を有し、
前記出射面は、
前記電子源からの電子線が入射することにより前記Ｘ線窓へＸ線を出射し、
複数の凸部の高さの中心を結んでできる面を基準面とすると、
前記Ｘ線窓の中心と前記ターゲットの電子線照射領域における前記基準面の中心を結んだ線が、前記基準面に対して垂直であることを特徴とするＸ線源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線撮像装置及びＸ線コンピュータ断層撮像システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線タルボ干渉法はタルボ効果を利用したＸ線撮像方法である。回折格子にＸ線を照射すると、回折格子から特定の距離に自己像と呼ばれる干渉パターンが生じる。被検体をＸ線源と検出器との間に置くと、被検体によってＸ線の位相が変化する。そのため、被検体の位相情報をもつ干渉パターンが検出され、そこから被検体の位相像を得ることができる。
【０００３】
タルボ干渉法で使用するＸ線には空間的可干渉性が求められる。空間的可干渉性はＸ線源のサイズが小さいほど高くなる。一方、得られる画像の輝度を上げたり、被検体の露光時間を短くしたりするために、使用するＸ線には強度も求められる。
【０００４】
そこで、複数の細いＸ線ビームを発生させるＸ線源を用いてタルボ干渉法を行うことで、Ｘ線の空間的可干渉性と強度の両方を確保する方法が提案されている。
【０００５】
非特許文献１には、細い溝が形成されたターゲットに電子線を照射することによって複数のＸ線ビームを発生させることができるＸ線源が記載されている。このＸ線源はターゲット上にＸ線を出射する面（以下、「Ｘ線出射面」あるいは単に「出射面」と呼ぶ場合がある。）を有する。このＸ線出射面に対して斜め方向に出射するＸ線ビームを利用して、Ｘ線出射面に対して垂直に出射するＸ線を利用する場合と比較して単位面積当たりのＸ線量を増加させている。
【０００６】
なお、特許文献１にも、溝が形成されたターゲットに電子線を照射することによって単位面積当たりのＸ線量を増加させることができるＸ線源が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−１５８４７４号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】「Ｊａｐａｎｅｓｅ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ」２００９年  第４８巻  ｐ．０７６５１２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、非特許文献１に示す方法ではターゲット上の各々のＸ線ビーム出射面と回折格子との間の距離が一定でない。そのため、干渉パターンが不均一になり、正確な撮像が妨げられる可能性があるということが本発明者らの検討によって明らかになった。
【００１０】
そこで本発明は、複数のＸ線ビームを出射させるＸ線源を用いたＸ線撮像装置であって、干渉パターンの不均一さを軽減し、より正確な撮像を可能にするＸ線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】
【００１１】
その目的を達成するために、本発明の一側面としてのＸ線撮像装置は、電子源とターゲットとを有するＸ線源と、前記Ｘ線源からのＸ線を回折する回折格子と、前記遮蔽格子からの前記Ｘ線を検出する検出器と、を備えた被検体を撮像するＸ線撮像装置であって、
前記ターゲットは複数の凸部を有し、前記複数の凸部の各々は出射面を有し、前記出射面は、前記電子源からの電子線が入射することにより、前記回折格子へ向かう前記Ｘ線を出射し、前記出射面から出射された前記Ｘ線は、前記回折格子で回折されることにより、干渉パターンを形成し、前記複数の凸部は、複数の前記干渉パターンの明部同士及び暗部同士が互いに重なるように配列され、複数の前記出射面の各々と前記回折格子との距離が互いに等しいことを特徴とする。
【００１２】
本発明のその他の側面については、以下で説明する実施の形態で明らかにする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の一側面としてのＸ線撮像装置によれば、複数のＸ線ビームを出射するＸ線源を用い、各々のＸ線ビーム出射面と回折格子との距離のばらつきが従来よりも軽減されたＸ線撮像装置を提供することができる。そのため、Ｘ線出射面と回折格子との距離のばらつきにより生じる干渉パターンの不均一さを軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態１に係るＸ線撮像装置およびＸ線源の模式図。
【図２】本発明の実施形態１に係るターゲットの模式図。
【図３】本発明の実施形態１に係るターゲットの形状例の断面の模式図。
【図４】本発明の実施形態１に係る出射面と回折格子の距離について説明する模式図。
【図５】本発明の実施形態１に係るターゲットの形状と電子線の入射方向との関係を説明する模式図。
【図６】本発明の実施形態１に係るターゲットへ入射する電子線の密度と発生するＸ線の強度の関係を説明する模式図。
【図７】本発明の実施形態１に係るターゲットの形状と発生するＸ線の強度の関係を説明する模式図。
【図８】本発明の実施形態１に係る電子源を説明する模式図。
【図９】本発明の実施形態１に係るターゲットの第１変形例の模式図。
【図１０】本発明の実施形態１に係るターゲットの第２変形例の模式図。
【図１１】本発明の実施形態２に係るターゲットの模式図。
【図１２】本発明の実施形態２に係るＸ線発生方法を説明する模式図。
【図１３】本発明の実施形態２に係るＸ線源の変形例の模式図。
【図１４】本発明の実施形態１に係るターゲットの第３変形例の模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に、本発明の好ましい実施形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。
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】
［実施形態１］
図１（ａ）は本実施形態におけるＸ線撮像装置の構成例である。図１（ａ）に示したＸ線撮像装置はＸ線源５８と、Ｘ線源から出射したＸ線を回折する回折格子６２と、回折格子で回折されたＸ線の一部を遮光する遮蔽格子６４と、遮蔽格子を経たＸ線を検出する検出器６６を備える。遮蔽格子は、回折格子からタルボ距離と呼ばれる特定の距離はなれて配置されている。
【００１７】
Ｘ線源５８から出射したＸ線１０を回折格子６２が回折すると、タルボ距離と呼ばれる特定の距離に回折格子６２の形状を反映したタルボ自己像と呼ばれる干渉パターンが現れる。Ｘ線源５８と回折格子６２の間、または回折格子６２と遮蔽格子６４の間に被検体６０がおかれると、被検体６０によりＸ線１０の位相がシフトするため、干渉パターンが被検体６０の位相変化の情報を持つようになる。一般的に、この干渉パターンのピッチは検出器で検出するには小さいため、本実施形態では遮蔽格子を用いてモアレを形成させ、これを検出する。そのために、Ｘ線の一部を遮光する遮蔽格子６４を干渉パターンが現れる位置、つまり回折格子からタルボ距離はなれた位置に配置してモアレを形成させ、このモアレを検出器６６で検出する。検出したモアレを画像処理すると被検体６０の位相像を得ることができる。
【００１８】
図１（ｂ）は図１（ａ）に示したＸ線源５８の拡大図である。Ｘ線源は、電子源４と電子源から発生する電子線が入射するターゲット２とターゲット２で発生したＸ線をＸ線源外へ放出するＸ線窓６を有する。ターゲット２は電子源４から発生した電子線１２が入射する出射面１４（１４ａ、１４ｂ）を複数持ち、出射面１４（以下第１の面）が電子線１２によって励起されることでＸ線１０がし、Ｘ線窓６からＸ線がＸ線源外へ放出される。本明細書における第１の面とは、電子線が入射し、それによってＸ線を回折格子へ向かって出射することができる面のことを指し、第１の面は回折格子の垂線となす角度が０度を超え４５度以下であることが好ましい。尚、Ｘ線源においては、第一の面は、電子線が入射し、それによってＸ線をＸ線窓へ向かって出射することができる面のことを指し、ターゲットの中心とＸ線窓の中心を結んだ線に平行な直線となす角度が０度を超え４５度以下であることが好ましい。
【００１９】
図２に本実施形態におけるターゲット２の模式図を示す。本実施形態におけるターゲット２は平板状のターゲット上に凸部を形成した形であり、第１の面１４を含む面１５と第２の面１６を含む面１７とが交互に繰り返される構造をとる。但し、本実施形態における第２の面とは、第１の面よりも入射する電子密度が低い面の事を指す。凸部の形状はこれに限定されない。図３に凸部がとることのできる形状の例を示した。図３（ａ）に示すように隣り合う凸部同士が接していなくても良く、図３（ｂ）や（ｃ）に示すように凸部が逆Ｖ字型をとらなくても良い。また、図３（ｄ）に示すように凸部が曲面で構成されていても良い。
【００２０】
図１（ｂ）における第１の面１４の距離Ｐ１、Ｐ１１は、出射するＸ線の強度分布の距離となる。但し、第１の面１４の距離とは第１の面１４の中心間の距離のことであり、Ｘ線の強度分布の距離とはＸ線強度のピーク間の距離のことである。タルボ干渉法を用いる場合、第１の面１４ａから出射したＸ線が回折格子で回折されることにより形成する干渉パターンと第１の面１４ｂから出射したＸ線が形成する干渉パターンの明部同士と暗部同士が互いに強めあうように重なる必要がある。よって、距離Ｐ１とＰ１１はこの条件を満たす長さをとる。但し、干渉パターンの明部同士及び暗部同士は部分的に重なっていても良い。部分的に重なっているとは、第１の面１４ａから出射したＸ線が形成する干渉パターンの明部の一部と第１の面１４ｂから出射したＸ線が形成する干渉パターンの明部の一部が重なっていることを指す。暗部同士の重なりも同様である。干渉パターンの明部同士及び暗部同士は重なっているほどより正確な撮像が可能になる。しかし、例えば、第１の面１４ａからのＸ線が形成する干渉パターンと第１の面１４ｂからのＸ線が形成する干渉パターンとのズレが最大で干渉パターンのピッチの１／４以下であれば、タルボ干渉法に用いることができる。したがって、複数の第１の面（１４ａ、１４ｂ、・・・）からのＸ線が形成する干渉パターンのズレは、最大で干渉パターンのピッチの１／４以下であることが好ましい。更に正確な撮像のためには、干渉パターンのズレが最大で干渉パターンのピッチの１／８以下であることが更に好ましく、１／２０以下が最も好ましい。
【００２１】
干渉パターンが互いに強めあうように重なるために、距離Ｐ１やＰ１１は下記式のＰ０で現される値をとることが好ましい。Ｐ０＝ｎ×Ｐｓ×（Ｌ／ｄ）。但し、Ｐｓは干渉パターンのピッチ、Ｌはターゲットから回折格子までの距離、ｄは回折格子から干渉パターンまでの距離、ｎは任意の正の整数である。Ｌについては後ほど説明をするが、ｄは回折格子の中心から干渉パターンの中心までの距離のことをさす。本実施形態のように遮蔽格子を用いる場合、干渉パターンのピッチとは遮蔽格子上における干渉パターンのピッチであり、回折格子から干渉パターンまでの距離とは回折格子の中心から遮蔽格子の中心までの距離を指す。遮蔽格子を用いずに直接干渉パターンを検出器で検出する場合、干渉パターンのピッチとは、検出器上における干渉パターンのピッチであり、回折格子から干渉パターンまでの距離とは回折格子の中心から検出器の検出面の中心までの距離を指す。
【００２２】
第１の面１４同士の距離は同一のターゲット２において一定であっても異なっていても良い。つまり、Ｐ１とＰ１１の値は前述の式を満たせば異なっていても良く、ｎとして異なる正の整数をとることもできる。
【００２３】
以下、図２に示すターゲット２を例にとって本実施形態の説明を行う。以下の説明においては、断りのない限り、図２の面１５と１７は、他の断面図においても対応する位置にあるものとする。
【００２４】
図４に本実施形態における第１の面１４と回折格子６２の距離について説明をする模式図を示す。回折格子から第１の面の中心に向かって引かれる垂線１８（１８ａ、１８ｂ）の長さのことを、第１の面と回折格子との距離Ｌ（Ｌａ、Ｌｂ）と呼ぶ。但し、垂線１８の長さとは、回折格子の接面から第１の面の中心までの長さのことを指す。この時、回折格子の接面とは、第１の面に最も近い回折格子の表面に接する面である。本実施例では、第１の面１４ａと回折格子６２距離Ｌａと、第１の面１４ｂと回折格子６２の距離Ｌｂが等しくなるようにターゲット２と回折格子６２が配置されている。他の第１の面１４と回折格子６２の距離もＬａと等しい。但し、第１の面を有する凸部の高さ（以下凸部の高さという事がある）程度の誤差が干渉パターンに与える影響は一般的に小さいため、無視できる。つまり、距離ＬａとＬｂの長さが凸部の高さ程度異なっていても、本明細書では距離ＬａとＬｂは等しいとみなす。
【００２５】
ここで、ターゲット２において第１の面を有する複数の凸部の高さ（以下凸部の高さという事がある）の中心を結んでできる面を基準面２０とする。前述の通り、複数の第１の面１４と回折格子６２の距離Ｌが互いに等しくなるようにターゲット２と回折格子６２を配置すると、基準面２０と回折格子６２は平行である。但し、ここで言う平行とは完全な平行でなくても良い。上述した通り距離ＬａとＬｂは凸部の高さ程度異なっていても良いため、それに対応する程度の誤差であれば基準面２０と回折格子６２は平行であるとする。尚、第１の面と回折格子の距離Ｌが、基準面の２０の四隅で等しければ基準面２０と回折格子６２は平行であるとみなす。但しここで言う等しいも、上述の凸部の高さ程度の誤差は許容するものとする。また、図４（ｂ）に示したように、ターゲット上の電子が照射される領域である電子照射領域の中心２００ｃとＸ線窓の中心６ｃ中心を結んだ線と基準面は９０度をなす。図４（ａ）と図４（ｂ）では図面上の凸部全ての高さの中心を結んだ面を基準面として図示しているが、ターゲット上の全ての凸部の高さの中心を結んだ面でなく、２つ以上の凸部の中心を結んだ面であれば基準面とする。
【００２６】
図５にターゲット２の形状と電子線の入射密度について説明をする図を示す。電子源４から発生した電子線１２が照射されると、ターゲット２の凸部の構造に起因して電子線１２の入射密度の大きい領域２６と小さい領域２８が存在することになる。
【００２７】
本実施形態では、図５（ａ）に示すように面１７とほぼ平行に電子線１２をターゲット２へ入射させた。この時、第１の面は面１５の全体である。面１７は、第１の面である面１５よりも入射する電子線１２の密度が低いため、第２の面である。面１７に比べて面１５の方が入射する電子線１２の密度が高くなり、その結果面１５の方が強く励起される。
【００２８】
図５（ｂ）に示すように、電子線１２と第１の面のなす角度が、面１５と面１７のなす角度よりも大きくとも良い。この場合、電子線１２が入射しない領域３０（３０ａ、３０ｂ）が生じ、この領域３０からのＸ線発生量はゼロに等しくなる。この時、面１５において、領域３０ｂは第１の面ではなく、領域２６のみが第１の面である。このように、第１の面であるか否かは、ターゲットの形状だけでなく、電子線の入射方向にも左右される。
【００２９】
以下、図５（ａ）に示すように面１７とほぼ平行に電子線１２をターゲット２へ入射させた場合を例にとって本実施形態の説明を行う。この時、面１５の全体が第１の面である。
【００３０】
図６と図７にターゲット２の形状、電子線の入射密度と出射するＸ線の強度の空間分布の関係を説明する図を示す。前述のように本実施形態において、電子線１２は主に面１５（第１の面１４）に入射し、面１７（第２の面１６）にはほとんど入射しない。そのため、面１５からはＸ線が出射するが、面１７からはほとんど出射しない。
【００３１】
ターゲット２の近傍で測定されるＸ線の強度分布４０は、ターゲット表面の構造を反映し、第１の面１４の距離（図１（ｂ）に示すＰ１やＰ１１）と同じ距離で強度が増減する強度分布となる。図６に示す強度の強い領域の幅３８は、図７に示す、回折格子と平行な平面への投影面積７１の幅で決定される。つまり、Ｘ線強度のピーク半値幅は、第１の面１４と回折格子６２の垂線１８のなす角度θ１で決定される。角度θ１が０度に近いほど、投影面積７１の幅は小さくなり、強度分布４０におけるＸ線強度ピーク半値幅が減少する。一方、角度θ１が９０度に近づくほど、強度分布４０におけるピーク半値幅が増加する。第１の面１４が曲面の場合、第１の面１４の四隅を結んで出来る面を仮定して、その面と垂線１８の角度をθ１として考える。以下、第１の面１４と線や面との角度を規定する時に第１の面が曲面の場合は、同様に第１の面の四隅を結んで出来る面との角度を第１の面１４と線や面との角度と考える。
【００３２】
本実施形態において、第１の面１４と回折格子６２の垂線のなす角度θ１よりも、第１の面１４とそこへ入射する電子線１２の入射方向のなす角度θ２のほうが９０°に近い。この時、第１の面１４を電子線１２の入射方向と垂直な平面へ投影すると形成される投影面積７２よりも、第１の面１４を回折格子と平行な平面へ投影すると形成される投影面積７１の方が小さくなる。本発明において第１の面１４と電子線１２の入射方向とは、第１の面１４に直線的に入射する１つの電子線１２が入射する方向である。電子源と第１の面の間に電子線を偏向させるものがない場合は、第１の面１４の中心部と、電子線源の電子線放出部の最短距離とみなすことができる。但し、レンズを用いて電子線を絞ってターゲット２に照射する場合のように、電子線１２が収束もしくは拡散している場合、第１の面１４へ入射する電子線１２が第１の面１４に入射する方向の平均を電子線１２の入射方向とする。
【００３３】
投影面積７１は第１の面１４が回折格子へ向けて出射するＸ線の断面積、投影面積７２は第１の領域に入射する電子線１２の断面積に相当する。第１の面１４に入射する電子線１２の断面積よりも第１の面１４が回折格子へ向けて出射するＸ線の断面積の方が小さいという事は、第１の面１４から出射するＸ線の単位面積当たりの強度を増加させる効果があることを意味する。この効果は投影面積７１と７２の大きさに差があるほど大きくなる。この効果を利用するため、第１の面は、電子線１２の入射方向と垂直な平面への投影面積７２よりも、回折格子と平行な平面への投影面積７１の方が小さいことが好ましい。また、この効果によって、本実施例における第１の面１４と第２の面１６とから出射するＸ線の強度の差をより顕著にするために、第２の面は電子線１２の入射方向と垂直な平面への投影面積よりも、回折格子と平行な平面への投影面積の方が大きいことが好ましい。
【００３４】
前述の通り、第１の面１４と回折格子の垂線１８のなす角度θ１が０度に近いほど投影面積７１は小さくなり、一方第１の面１４と電子線１２のなす角度θ２が９０度に近いほど、投影面積７２は大きくなる。これらのことを考慮すると、角度θ１は０度以上４５度以下であることが好ましい。また、角度θ２は６０度を超え、１２０度未満であることが好ましく、８０度以上１００度以下が更に好ましい。
【００３５】
しかし、角度θ１が０度、すなわち第１の面と回折格子が垂直だと、第１の面の表面の細かな凹凸により、第１の面で発生したＸ線が第１の面自体によって吸収を受けるというヒール効果がおこるため、出射するＸ線の強度が減少する。これを考慮すると、第１の面１４と回折格子の垂線１８のなす角度θ１は０度を超えることが好ましく、更に３度以上であることがより好ましい。
【００３６】
角度θ１が０度を超えて４５度以下であり、角度θ２が６０度を超えて１２０度未満である時、電子線１２と基準面２０のなす角θ３は０度を超え、７５度未満である。また、基準面２０と回折格子は平行なため、θ１が０度を超えて４５度以下である時、基準面２０と第１の面のなす角度は４５度以上９０度未満である。
【００３７】
電子源４は、陽極を持たなくても良いが、陽極を持つ方がより好ましい。図８に電子源４とターゲット２との作用を説明する図を示す。電子線１２は電界に沿って進む。電界は導体表面においては、表面の法線方向に接続することが知られている。図８（ａ）は陽極を持たない電子源とターゲット２の作用を示している。電子源が陽極を持たない場合、ターゲット２に陰極よりも高い電圧を印加することで陽極とし、電子線１２を発生させる。ターゲット２の表面近傍では、ターゲット２の形状に沿う形で等電位面３４が形成され、形状を反映した電界が発生する。そのため、第１の面１４に向かって陰極３２から直進した電子線１２は、ターゲット２の近傍で曲がり、第２の面１６へも入射する。
【００３８】
図８（ｂ）は、陰極３２に加えて陽極３６を持つ電子源とターゲット２の作用を示している。陽極３６は電子線１２が透過可能であればよく、網状や薄膜状や孔状のものを用いることができる。陰極３２から発生した電子は陽極３６との間で加速される。陽極３６とターゲット２とを等電位にすると陽極３６とターゲット２の間に電界は発生しない。そのため、陽極３６を透過した電子線１２はターゲット２の構造に依存することなく直線的な入射が可能になる。
【００３９】
ターゲットは帯状の部分ターゲットを複数組み合わせて構成しても良い。１つの部分ターゲットにおける第１の面が配置されている方向とは垂直な方向に、複数の部分ターゲットを並べて１つのターゲットを構成することもできる。
【００４０】
異なる材料からなる表面を持つ部分ターゲットを組み合わせてターゲット２を構成すると、出射するＸ線ビームに２次元の配列を持たせることもできる。図９に異なる材料からなる帯状の部分ターゲットを組み合わせて１つのターゲット２ａとした例の模式図を示す。図９（ａ）が斜視図、（ｂ）が平面図である。ターゲット２ａは第１の部分ターゲット４４と第２の部分ターゲット４６とを交互につなぎ合わせて構成される。第１の部分ターゲットは電子線のエネルギーをＸ線へ変換する重金属でできており、第２の部分ターゲットは電子線のエネルギーをＸ線へ変換する変換率が第１の部分ターゲットよりも低い軽金属からできている。第１の部分ターゲットに用いられる重金属としては例えばモリブデン、タングステン、銀が挙げられ、第２の部分ターゲットに用いられる軽金属としては例えばカーボン、アルミニウム、ベリリウムが挙げられる。この軽金属は電子線が照射されてもＸ線をほとんど発生させないため、第２の部分ターゲットは電子線を照射してもＸ線をほとんど発生しない。そのため、面１７に対して平行に電子線１２を照射し、面１５を励起すると、部分ターゲット４４上の面１５である第１の面１４相当する個所以外からはほとんどＸ線が発生しない。その結果、出射するＸ線は二次元に配列した強度分布をとる。この時、Ｘ線ビームは面１５の配列方向と平行及び垂直に配列の軸を持つ。第１の面１４から出射するＸ線が形成する干渉パターンが互いに強めあうように、距離Ｐ２とＰ３は前述した式ｎ×Ｐｓ×（Ｌ／ｄ）で表される値をとる。また、Ｐ２とＰ３の値は等しくても異なっていても良い。第２の部分ターゲットはＸ線の発生にほとんど寄与しないため、特に形状は問わない。
【００４１】
第１の面１４を、面１５の配列方向と垂直な方向に対して不連続に並べてターゲットを構成しても、出射するＸ線ビームに２次元の配列を持たせることができる。この時、ターゲット全体における第１の面の配列方向は、第１の部分ターゲットが並べられている方向に対して斜めであり、１つの前記第１の部分ターゲットにおける前記出射面の配列方向と交差し、第１の部分ターゲットが並べられている方向とも交差する。異なる材料からなる表面をもつ部分ターゲットを複数組み合わせ、且つ第１の面１４を不連続に並べたターゲットを図１０に示す。図１０（ａ）が斜視図、（ｂ）が平面図である。図１０（ａ）に示したターゲット２ｂでは、第１の部分ターゲット４４と第２の部分ターゲット４６を１対組み合わせたものを１つの領域４８としている。更に、隣り合う領域４８同士を部分ターゲットの面１５の配列方向に距離Ｐ４の半分ずらして並べている。面１７に対して平行に電子線１２を照射し、第１の面を励起すると、図９（ａ）で示したターゲット同様、第１の面１４に相当する個所以外からはほとんどＸ線が発生しない。その結果２次元に配列した強度分布のＸ線が出射する。この時Ｘ線ビームの配列の軸は、面１５の配列方向と４５°傾いた軸となる。図１０（ａ）に記載したターゲット２ｂの第１の面１４に相当する個所から発生するＸ線が形成する干渉パターンが互いに強めあうように、距離Ｐ５は前述した式ｎ×Ｐｓ×（Ｌ／ｄ）で表される値をとる。この時距離Ｐ５はターゲット２において最も近くにある第１の面同士の距離のことを指す。
【００４２】
隣り合う領域４８同士の面１５の配列方向のずれは距離Ｐ４の半分である必要はない。但し、発生した複数のＸ線ビームが回折格子６２により回折されて形成する干渉パターンの明部同士及び暗部同士は重なり合う必要がある。
【００４３】
複数の電子線源から電子線を出射し、第１の面へ入射させてもよい。複数の電子線源を用いることでより細かな電子線の制御を行う事が可能になる。またターゲットは反射型だけでなく、透過型のものを用いることもできる。透過型のターゲットを用い、１つの第１の面に対して１つ電子線源を配置したものを図１４に示す。図１４に示したＸ線源では、電子線源４００からの電子線１２が透過型ターゲットの第１の面１４０へ入射するとＸ線１０が発生する。発生したＸ線はＸ線窓６からＸ線源外へ放出され、回折格子６２に回折されて干渉パターンを形成する。但し、一般的に透過型のターゲットよりも反射型のターゲットを用いる方が冷却効率が良く、ターゲットの温度上昇を軽減することができるため、入力電力を増やすことができる。よって、反射型のターゲットを用いる方が好ましい。
【００４４】
このように本実施形態では第１の面１４（ａ，ｂ，…）と回折格子６２の距離（Ｌａ、Ｌｂ、…）を等しくしたため、ターゲット上の各々のＸ線出射面と回折格子の距離が異なる撮像装置と比較して、干渉パターンの不均一さを軽減することができる。
【００４５】
各々のＸ線出射面と回折格子の距離が異なると、各々のＸ線出射面から出射したＸ線ビーム毎に回折格子の拡大率（Ｘ線ビーム出射面と回折格子の距離／Ｘ線ビーム出射面と遮蔽格子の距離）が異なる。そのため、各々のＸ線出射面から出射したＸ線が形成する干渉パターンのピッチも異なり、一般的に夫々のＸ線ビームが形成する干渉パターンが重なり合って形成される干渉パターンが不均一になる。干渉パターンの中心から遠ざかるほどこの影響が大きくなるため、撮像範囲を大きくするためにはこの影響を軽減することが重要であり、本実施形態の撮像装置が有効である。
【００４６】
［実施形態２］
以下図面１１から１３を用いて実施形態２の説明をする。
【００４７】
実施形態２は、Ｘ線源のターゲットが回転型である点で実施形態１と異なる。Ｘ線源以外は実施形態１と同様なので説明は省略する。
【００４８】
図１１に本実施形態に用いられるターゲット１０２の模式図を示す。ターゲット１０２は円柱状であり、対称軸５２を中心に回転可能な構造をとる。また、回折格子６２は対称軸５２と平行に配置されている。ターゲット１０２は円柱の側面に凸部を有する。凸部の配列方向は円柱の対称軸５２に平行である。
【００４９】
図１２（ａ）に本実施形態のＸ線発生方法を説明する模式図を示す。電子線１２の照射方向と凸部の面との関係、Ｘ線１０の取り出し方向と強度分布の関係は実施形態１と同じである。
【００５０】
電子線１２は円筒の側面の有限な電子線照射領域５３（以下照射領域）に照射し、照射領域５３からのみＸ線が発生する。対称軸５２を中心にターゲット１０２を回転させることで、電子線の熱は円柱側面全体に分散し、電子線の照射によるターゲットの温度上昇を軽減することができる。そのため、固定型のターゲットを用いた場合と比べて入力電力を増やすことができる。
【００５１】
図１２を用いて本実施形態における第１の面１４と回折格子６２の距離について説明をする。第１の面の配列方向と平行な方向に照射領域５３の中心線５５を引く。この中心線５５上には複数の第１の面が存在する。中心線５５上に存在する第１の面の中心へ向かって、回折格子６２から垂線１１８ａを引く。この垂線１１８の長さのことを第１の面と回折格子６２との距離Ｌｃと呼ぶ。実施形態１と同様に、垂線１１８の長さとは、回折格子の接面から第１の面の中心までの長さのことを指し、回折格子６２と中心線５５上に存在する複数の第１の面の距離はＬｃに等しい。対称軸５２を中心にターゲット１０２を回転させても、回折格子６２とターゲット１０２とに対して照射領域５３を固定することで、Ｘ線が発生する第１の面と回折格子６２の距離は一定に保たれる。
【００５２】
また、本実施形態における基準面とは中心線５５上の凸部の高さの中心を結んで出来る面である。実施形態１と同様に照射領域の中心５３ｃとＸ線窓の中心１０６ｃを結んだ線は、基準面と９０度をなし、垂線１１８と平行である。
【００５３】
図１３（ａ）に示すように、照射領域５３が四角形の場合、出射するＸ線は４１の様な１次元の配列の強度分布をとる。出射したＸ線は、１次元配列の強度分布のまま取り出しても良いし、図１３（ａ）に示すように２次元配列へ変換して取り出しても良い。Ｘ線源はＸ線窓１０７に、Ｘ線を帯状に遮蔽するＸ線遮蔽部材５４を有する。図１３（ｂ）にＸ線窓１０７の斜視図を示した。Ｘ線遮蔽部材の配列方向は第１の面の配列方向と直交しているため、Ｘ線４１がＸ線窓１０７から取り出されると、強度分布５６が得られる。発生した複数のＸ線ビームが回折格子６２により回折されて形成する干渉パターンの明部同士及び暗部同士は重なり合う必要がある。そのため、Ｘ線遮蔽部材５４の距離Ｐ０２はｎ×Ｐｓ×（Ｌ２／ｄ）で表される。但し、ｎは整数、Ｐｓは自己像のピッチ、Ｌ２は前記Ｘ線窓と前記回折格子の距離、ｄは前記回折格子と前記遮蔽格子の距離である。
【００５４】
尚、Ｘ線遮蔽部材を有するＸ線窓を用いてＸ線ビームを２次元配列へ変換する方法は、実施形態１のような固定型のターゲットを用いた場合にも適用することが可能である。
【００５５】
各実施形態のより具体的な実施例について説明する。
【実施例１】
【００５６】
実施例１では、実施形態１のより具体的な実施例について説明する。
【００５７】
本実施例において、凸部を有するターゲット２は、モリブデン板の表面にＶ字型の溝を切削加工することにより作製する。前記凸部は、前記第１の面１４と前記回折格子の垂線１８のなす角度θ１が６度、前記第２の面１６と前記回折格子の垂線１８のなす角度が８４度で構成される。第１の面１４と第２の面１６とは９０度をなす。
【００５８】
第１の面は、複数の第１の面から出射するＸ線の干渉パターンが重なり合うような距離で配置される。本実施例においては、自己像における干渉パターンのピッチが２μｍ、Ｌが１．７６５ｍ、ｄが２７．７７ｍｍ、としたので、ｎ×Ｐｓ×（Ｌ／ｄ）の式を満たすように、ｎを１として第１の面の距離を１２７μｍで作成した。上述した角度と距離で凸部作製すると、凸部の高さは１３．２μｍになる。
【００５９】
ターゲット２に対して、電子線１２が第２の面１６に平行に入射するように電子源４を設ける。この時、電子線１２は第１の面１４に対して垂直に入射する。電子源４は、タングステン製のフィラメントを陰極３２と、タングステンメッシュ製の陽極３６とで構成される。
【００６０】
陽極３６とターゲット２は０Ｖ、陰極３２を−３０ｋＶに設定する。陰極３２のフィラメントを加熱することで発生した電子を陰極３２と陽極３６との電界で加速し、電子線１２が発生する。陽極３６とターゲット２の間には電界がないため、電子線１２はターゲット２に向かって第２の面１６と平行に入射し、第１の面１４のみが電子線１２により励起される。励起された第１の面１４からはＸ線１０が等方的に出射する。回折格子の方向に設置された厚さ１ｍｍのベリリウム製Ｘ線窓６からＸ線源の外へＸ線１０が放出される。
【００６１】
前述した通り、本実施例において回折格子の垂線と第１の面のなす角度は６度、電子線と第１の面のなす角度は９０度である。この時、回折格子６２の垂線の方向から見た場合に見える第１の面１４の面積は、第１の面１４に入射する電子線の方向から見た場合に見える第１の面１４の面積と比較して約１０分の１になる。結果、単位面積当たりのＸ線の強度が高まる。第２の面１６がほとんど励起されないことと、第１の面１４からの単位面積当たりのＸ線の強度が増加することで、出射するＸ線は１次元配列の強度分布をとる。１次元配列において、第１の面の配列方向のＸ線１０の幅は１．３μｍ程度となる。
【００６２】
Ｘ線１０の配列の方向と回折格子の配列の方向を揃えることで、Ｘ線１０は可干渉性を持つ。複数の第１の面１４からのＸ線１０の干渉パターンが重なり合い干渉パターンの強度が増加する。このタルボ自己像を検出し、回折格子６２の前に置かれた被検体６０の位相情報を取得する。
【実施例２】
【００６３】
実施例２では、実施形態２をＸ線コンピュータ断層撮影システムに適用した場合のより具体的な実施例について説明をする。
【００６４】
本実施例において、ターゲット１０２はモリブデンの円柱を用いる。円柱の直径は１０ｃｍ、高さを２ｃｍとする。モリブデンの円柱の側面に、円周方向に溝を切削加工することでターゲットの表面に凸部を作製する。凸部の角度、第１の面の距離と深さは実施例１と同様である。
【００６５】
ターゲット１０２の対称軸５２と回折格子の垂線１１８を含む面内において、電子線１２が第１の面１１４に対して垂直に入射するように電子源４を設ける。電子源４は、実施例１と同様に、タングステン製のフィラメントを陰極３２とタングステンメッシュ製の陽極３６とで構成される。実施例１と同様に電子源４から電子線１２を照射してターゲット２を励起し、Ｘ線１０を発生させる。電子線１２を照射する時は、対称軸５２を中心に６０００ｒｐｍでターゲット１０２を回転させる。回折格子の方向に設置された厚さ１ｍｍのベリリウム製Ｘ線窓１０６からＸ線１０をＸ線源外へ放出させ、タルボ干渉を利用して複数の方向から被検体６０の位相情報を取得する。得られた複数の位相像をコンピュータ処理することで、被検体の断層像が得られる。
【００６６】
尚、本明細書の発明を実施するための形態には遮蔽格子６４と検出器６６が独立して配置されているＸ線撮像装置を記載したが、遮蔽格子６４と検出器６６は一体化されていても良い。遮蔽格子は回折格子の自己像と重なってモアレを形成させるものであればよく、検出器はそのモアレを検出できればよい。例えば特開２００８−２２４６６１に記載されている検出器を用いることもできる。遮蔽格子と検出器が一体になっている場合、モアレを形成させる部材と回折格子の距離をｄとする。
【００６７】
また、自己像を直接検出器で検出することができればモアレを形成させる必要はないため、遮蔽格子を用いなくても良い。自己像を直接検出器で検出するためには、回折格子のピッチやＸ線源から回折格子までの距離を大きくして自己像のピッチを大きくしたり、解像度の高い検出器を用いたりすれば良い。
また、自己像を直接検出する場合、自己像の明部同士と暗部同士は検出器の検出面上で互いに強めあうように重なれば良い。
【００６８】
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および変更が可能である。従って、本発明の範囲を公にするために以下の請求項を添付する。
【符号の説明】
【００６９】
２  ターゲット
４  電子源
１０  Ｘ線
１２  電子線
１４  出射面
６２  回折格子
６４  遮蔽格子
６６  検出器
Ｐ１〜Ｐ５  出射面の距離
Ｐ０２  Ｘ線遮蔽部材の距離
Ｐ１１  出射面の距離
【図１】
2012032387.tif 000003
【図２】
2012032387.tif 000004
【図３】
2012032387.tif 000005
【図４】
2012032387.tif 000006
【図５】
2012032387.tif 000007
【図６】
2012032387.tif 000008
【図７】
2012032387.tif 000009
【図８】
2012032387.tif 000010
【図９】
2012032387.tif 000011
【図１０】
2012032387.tif 000012
【図１１】
2012032387.tif 000013
【図１２】
2012032387.tif 000014
【図１３】
2012032387.tif 000015
【図１４】
2012032387.tif 000016