(57)【要約】【課題】  検出器の検出面上におけるモアレのピッチのばらつきを低減することを可能にするＸ線撮像装置を提供すること。【解決手段】  Ｘ線撮像装置１００は、Ｘ線源から発散するＸ線を回折することで暗部と明部とが周期的に配列した干渉パターンを形成する回折格子３と、回折格子からのＸ線を遮る遮蔽部と回折格子からのＸ線を透過する透過部とが周期的に配列している遮蔽格子４と、遮蔽格子からのＸ線を検出する検出器５と、を備える。遮蔽格子４上に形成される干渉パターンのピッチは、遮蔽格子と光軸２の交点を中心とする遮蔽格子の中心部と、遮蔽格子の中心部よりも光軸から離れた遮蔽格子の周辺部とで異なり、  遮蔽格子のピッチは、遮蔽格子上の干渉パターンのピッチに対応している。【選択図】  図１
2012235919.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線源から発散するＸ線を回折することで暗部と明部とが周期的に配列した干渉パターンを形成する回折格子と、
前記回折格子からの前記Ｘ線を遮る遮蔽部と前記回折格子からの前記Ｘ線を透過する透過部とが周期的に配列している遮蔽格子と、
前記遮蔽格子からの前記Ｘ線を検出する検出器と、を備えるＸ線撮像装置であって
前記遮蔽格子上に形成される前記干渉パターンのピッチは、前記遮蔽格子と光軸の交点を中心とする前記遮蔽格子の中心部と、前記遮蔽格子の前記中心部よりも前記光軸から離れた前記遮蔽格子の周辺部とで異なり、
前記遮蔽格子のピッチは、前記遮蔽格子上の前記干渉パターンのピッチに対応しているＸ線撮像装置。
【請求項２】
前記遮蔽格子は、
前記遮蔽格子の前記中心部における前記回折格子との距離よりも前記遮蔽格子の前記周辺部における前記回折格子との距離の方が短く、
且つ、前記遮蔽格子の前記中心部における前記ピッチよりも前記遮蔽格子の前記周辺部における前記ピッチの方が短い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】
前記遮蔽格子は湾曲した形状を有することを特徴とする請求項２に記載のＸ線撮像装置。
【請求項４】
前記回折格子は平面の形状を有することを特徴とする請求項２または３に記載のＸ線撮像装置。
【請求項５】
前記干渉パターンのピッチは前記遮蔽格子上において前記光軸に近づくほど大きく、
前記遮蔽格子のピッチは前記光軸に近づくほど大きいことを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載のＸ線撮像装置。
【請求項６】
Ｘ線源から発散するＸ線を回折することで暗部と明部とが周期的に配列した干渉パターンを形成する回折格子と、
前記回折格子からの前記Ｘ線を遮る遮蔽部と前記回折格子からの前記Ｘ線を透過する透過部とが周期的に配列している遮蔽格子と、
前記遮蔽格子からの前記Ｘ線を検出する検出器と、を備えるＸ線撮像装置であって
光軸における前記遮蔽格子のピッチをＰ２０、
前記位相格子のピッチをＰ１０
前記光軸上における前記Ｘ線源と前記回折格子との距離をＬ０、
前記光軸上における前記回折格子と前記遮蔽格子との距離をｄ０、
前記Ｘ線源と前記遮蔽格子を通り、前記光軸と角度αを成す直線が前記遮蔽格子との交わる点における前記遮蔽格子のピッチをＰ２α、
前記直線上における前記Ｘ線源と前記回折格子との距離をＬα、
前記直線上における前記回折格子と前記遮蔽格子との距離をｄα、
前記直線と前記遮蔽格子との交点において、前記回折格子と平行な面と前記遮蔽格子が前記回折格子のピッチ方向に成す角度をβ
前記位相格子が位相をπ変調する場合はｎ＝１／２、π／２変調する場合はｎ＝１
とするとき、
（Ｐ２０―Ｐ１０×（（Ｌ０＋ｄ０）×ｎ／Ｌ０））×（Ｐ２α）２―（Ｐ２０）２Ｐ２α＋（Ｐ２０）２×Ｐ１０×（（Ｌ０＋ｄ０）×ｃｏｓ２α×ｎ／Ｌ０）＝０
であるＸ線撮像装置。
【請求項７】
前記回折格子は、
前記回折格子と前記光軸の交点を中心とする前記回折格子の中心部におけるピッチよりも、
前記回折格子の前記中心部よりも前記光軸から離れた前記回折格子の周辺部におけるピッチの方が長く、
前記遮蔽格子は、
前記遮蔽格子の前記中心部におけるピッチよりも、
前記遮蔽格子の前記周辺部におけるピッチの方が長い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８】
前記回折格子のピッチは前記光軸に近づくほど短く、
前記遮蔽格子のピッチは光軸に近づくほど短いことを特徴とする請求項７に記載のＸ線撮像装置。
【請求項９】
前記光軸における前記遮蔽格子のピッチをＰ２０、
前記光軸と前記遮蔽格子の交点上の前記干渉パターンのピッチをＰｓ０
前記Ｘ線源と前記遮蔽格子を通り、前記光軸と角度αを成す直線が前記遮蔽格子との交わる点における前記遮蔽格子のピッチをＰ２α、
前記直線が前記遮蔽格子との交わる点における前記干渉パターンのピッチをＰｓα、
前記光軸における前記遮蔽格子と前記干渉パターンとのピッチの差（Ｐ２０−Ｐｓ０）をδ０、
前記直線が前記遮蔽格子との交わる点における前記遮蔽格子と前記干渉パターンとのピッチの差（Ｐ２α―Ｐｓα）をδα、
Ｐｍ０＝（Ｐｓ０）２／δ０、
Ｐｍα＝（Ｐｓα）２／δα、
とした時、
前記遮蔽格子は、
前記光軸におけるピッチと
前記直線が前記遮蔽格子との交わる点におけるピッチとが等しいときよりも
Ｐｍ０とＰｍαの差が小さくなるようにＰ２０とＰ２αが形成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１０】
Ｘ線源から発散するＸ線を回折することで暗部と明部とが周期的に配列した干渉パターンを形成する回折格子と、
前期回折格子からの前記Ｘ線を遮る遮蔽部と前期回折格子からの前記Ｘ線を透過する透過部とが周期的に配列している遮蔽格子と、
前期遮蔽格子からの前記Ｘ線を検出する検出器と、を備えるＸ線撮像装置であって、
前期回折格子は光軸との交点を中心とする前期回折格子の中心部と、前期回折格子の前期中心部よりも前期光軸から離れた前期回折格子の周辺部を有し、
前期遮蔽格子は前期光軸との交点を中心とする前期遮蔽格子の中心部と、前期遮蔽格子の前期中心部よりも前期光軸から離れた前期遮蔽格子の周辺部を有し、
前期遮蔽格子は湾曲した形状を有し、
前期遮蔽格子の前期中心部上に形成される前期干渉パターンの拡大率よりも、前期遮蔽格子の前期周辺部上に形成される前期干渉パターンの拡大率の方が小さく、
前期回折格子の前期中心部のピッチよりも前期回折格子の前期周辺部のピッチの方が大きいＸ線撮像装置。
【請求項１１】
回折格子の周辺部のピッチをＰ１β、
回折格子の中心部のピッチをＰ１０、
遮蔽格子の中心部上に形成される自己像の拡大率をＭＯ、
遮蔽格子の周辺部上に形成される自己像の拡大率をＭβとすると、
Ｐ１β＝Ｐ１０×（ＭＯ／Ｍβ）
である請求項１０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線撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線位相イメージング法は、Ｘ線の位相シフトに基づいてコントラストを発生させ、被検体に関する情報を得る方法である。Ｘ線位相イメージング法の１つとして、トールボット干渉法を用いた撮像方法がある。
【０００３】
トールボット干渉法を用いたＸ線位相イメージング法のためには、空間的に可干渉なＸ線を出射するＸ線源、Ｘ線の位相を周期的に変調するための回折格子、検出器が少なくとも必要である。空間的に可干渉性なＸ線が回折格子を透過すると、Ｘ線の位相が回折格子の形状を反映して周期的に変化する。すると、トールボット距離と呼ばれる特定の距離だけ回折格子から離れた位置に自己像と呼ばれる干渉パターンが形成される。
【０００４】
一般的に、Ｘ線を用いたトールボット干渉法において形成される自己像のピッチは検出器の画素ピッチと比較して小さいため、自己像を直接検出することは困難である。そこで、Ｘ線を遮る遮蔽部とＸ線を透過する透過部が周期的に配列された遮蔽格子を用いて自己像の一部を遮ることでモアレを形成し、そのモアレを検出して位相回復を行うことで被検体の微分位相像または位相像を得る方法が用いられている。
【０００５】
Ｘ線トールボット干渉法に用いられる一般的なＸ線撮像装置は、Ｘ線として平行Ｘ線を用いるように設計されており、回折格子と遮蔽格子の断面は基板の上に矩形状の構造物が特定のピッチで並んだ形状を持つ。そのため、Ｘ線として発散Ｘ線を用いると、光軸から離れた位置では矩形状の構造物に対して斜めにＸ線が入射し、検出に支障が出ることがあった。
【０００６】
そこで、特許文献１には回折格子と遮蔽格子の両方またはどちらか一方を、Ｘ線源を中心に湾曲させたり、回折格子と遮蔽格子の両方またはどちらか一方を、平面状の基板に対して平行四辺形の構造物を配したような形状にしたりしたＸ線撮像装置が記載されている。上述のような回折格子と遮蔽格子を用いることで、発散Ｘ線を用いた場合でもＸ線が基板上の（矩形または平行四辺形の）構造物に対して斜めに入射することを防ぐことができる。
【０００７】
また、特許文献１には、回折格子を平面状の基板に対して平行四辺形の構造物を配列したような形状にし、更に光軸から離れるほど基板上の構造物の配列のピッチを大きくした回折格子も記載されている。この回折格子は、光軸からの距離に応じてピッチを変えることでトールボット距離を調整しているため、光軸からの距離に関係なく、同じ平面上（遮蔽格子上）に自己像を形成することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許  第７４８６７７０号  Ｂ２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
Ｘ線を用いたトールボット干渉法を行う場合、回折格子として位相を変調する位相格子が一般的に使われている。周期的にＸ線の位相を変調する位相格子は、周期的にＸ線の強度を遮蔽する遮蔽格子と比べると矩形状構造物のアスペクト比が小さくて良い。また、Ｘ線源を中心に湾曲した回折格子と遮蔽格子は、湾曲させない一般的な回折格子と遮蔽格子よりも製造が難しい。これらのことから、遮蔽格子のみを湾曲させれば、回折格子のみを湾曲させるよりも検出への影響を低減することができ、且つ遮蔽格子と回折格子の両方を湾曲させるよりも容易に製造することができる。
【００１０】
しかしながら、遮蔽格子のみを湾曲させると、回折格子と遮蔽格子の距離が光軸から遠ざかるほど短くなり、回折格子と遮蔽格子間の距離にばらつきが生じる。回折格子と遮蔽格子の距離が短いと自己像の拡大率が小さくなるため、遮蔽格子上の自己像のピッチは光軸から離れるほど小さくなり、遮蔽格子上の自己像のピッチにばらつきが生じる。すると、自己像と遮蔽格子で形成するモアレのピッチが検出器の検出面上でばらつく。
【００１１】
また、光軸から離れるほど基板上の構造物の配列ピッチを大きくした回折格子を用いると、遮蔽格子上の自己像のピッチは光軸から離れるほど大きくなり、遮蔽格子上の自己像のピッチにばらつきが生じる。そのため、自己像と遮蔽格子で形成するモアレのピッチが検出器の検出面上でばらつく。モアレのピッチが検出器の検出面上でばらつくと、位相回復により得られる被検体の微分位相像または位相像の解像度が低下する場合がある。
【００１２】
そこで、本発明は、検出器の検出面上におけるモアレのピッチのばらつきを低減することを可能にする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】
【００１３】
上記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、Ｘ線源から発散するＸ線を回折することで暗部と明部とが周期的に配列した干渉パターンを形成する回折格子と、前記回折格子からの前記Ｘ線を遮る遮蔽部と前記回折格子からの前記Ｘ線を透過する透過部とが周期的に配列している遮蔽格子と、前記遮蔽格子からの前記Ｘ線を検出する検出器と、を備えるＸ線撮像装置であって
前記遮蔽格子上に形成される前記干渉パターンのピッチは、前記遮蔽格子と光軸の交点を中心とする前記遮蔽格子の中心部と、前記遮蔽格子の前記中心部よりも前記光軸から離れた前記遮蔽格子の周辺部とで異なり、前記遮蔽格子のピッチは、前記遮蔽格子上の前記干渉パターンのピッチに対応していることを特徴とする。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】
【００１４】
本発明によれば、検出器の検出面上において自己像と遮蔽格子が形成するモアレのピッチのばらつきを低減することが可能なＸ線撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施形態１に係るＸ線撮像装置の構成を説明するための図である。
【図２】実施形態１に係る回折格子と遮蔽格子を説明する図である。
【図３】実施例１、２で説明する回折格子、遮蔽格子を説明する図である。
【図４】実施形態２に係るＸ線撮像装置の構成を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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。
【００１７】
（実施形態１）
本実施形態では、遮蔽格子のみを湾曲させたＸ線撮像装置に関して説明をする。但し、本明細書においてＸ線とはエネルギーが２ｋｅＶ以上１００ｋｅＶ以下の光を指す。
【００１８】
本実施形態のＸ線撮像装置の構成例を図１に示す。図１に示したＸ線撮像装置１００は、Ｘ線源１と、Ｘ線を回折することで干渉パターン（自己像）を形成する回折格子３、自己像の一部を遮る遮蔽格子４、Ｘ線を検出する検出器５を備えている。
【００１９】
以下、各構成について説明をする。
【００２０】
本実施形態のＸ線源１は発散Ｘ線を出射する。発散Ｘ線であれば、連続Ｘ線を用いても、特性Ｘ線を用いても良い。また、Ｘ線源１から出射したＸ線の経路上に、波長選択フィルタや、Ｘ線を細いビームに分割するための線源格子を配置してもよい。
【００２１】
また、Ｘ線源１から出射されるＸ線は回折格子３で回折されて自己像を形成する必要があるため、自己像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。
【００２２】
回折格子３がＸ線源からのＸ線を回折すると、トールボット距離と呼ばれる所定の距離をおいて自己像と呼ばれる明部と暗部が配列した自己像が形成される。但し、Ｘ線の強度が大きい所を明部、Ｘ線の強度が小さい所を暗部と呼ぶ。本実施形態に用いられる回折格子３は位相型の回折格子であり、位相進行部３１と位相遅延部３２が周期的に配列されている。回折格子としてＸ線の強度を変調する、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線量の損失が少ないので有利である。回折格子３は、図２（ａ）に示すような位相遅延部３２と位相進行部３１が一次元の周期で配列された構造を有していても、図２（ｃ）に示すような位相遅延部３２と位相進行部３１が二次元の周期で配列された構造を有していても良い。
【００２３】
位相遅延部３２を透過したＸ線と位相進行部３１を透過したＸ線は、位相がπラジアンシフトしている。但し、位相のシフト量はその他の値であっても良い。一般的に、Ｘ線の位相のシフト量が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。また、本明細書では位相のシフト量がπラジアンの位相格子をπ格子、π／２ラジアンの位相格子をπ／２格子と呼ぶ。
【００２４】
本実施形態の回折格子３は平面状の格子であるが、湾曲した回折格子を用いることもできる。発散Ｘ線を用いて撮像を行う場合は湾曲した回折格子３の方が広範囲で自己像を形成することができるため好ましいが、製造上の容易性の観点から見ると、回折格子３は平面状の方が好ましい。
【００２５】
遮蔽格子４は、Ｘ線を遮る遮蔽部４１とＸ線を透過する透過部４２が周期的に配列した構造を有しており、回折格子で形成した自己像の明部の一部を遮ることができるように配置されている。遮蔽部４１と透過部４２のピッチや配列方向は、自己像と形成したいモアレの形状によって決めることができる。用いることができる遮蔽格子の一例を図２（ｂ）と（ｄ）に示した。図２（ｂ）に示した遮蔽格子は遮蔽部４１と透過部４２が一次元の周期で配列された構造を有しており、図２（ａ）に示した回折格子と組み合わせて用いることができる。図２（ｄ）に示した遮蔽格子は遮蔽部４１と透過部４２が２次元の周期で配列された構造を有しており、図２（ｃ）に示した回折格子と組み合わせて用いることができる。
【００２６】
遮蔽格子４の遮蔽部４１はＸ線透過率の低い材料から形成される。例えば金、白金、タングス  テン、タンタル、モリブデンなどである。これらを含む合金でも良い。Ｘ線透過部４２はＸ線透過率の高い材料から形成されている。例えば感光性レジストなどの樹脂やシリコンである。Ｘ線透過部は空洞となっていても良い。
【００２７】
遮蔽部４１はＸ線を完全に遮らなくても良いが、自己像の一部を遮ることでモアレを形成する程度にＸ線を遮る必要がある。よって、上記のようなＸ線透過率の低い材料によって遮蔽格子４の遮蔽部４１が形成されていても、遮蔽部４１は高いアスペクト比を有することが必要である。
【００２８】
これにより発散Ｘ線を用いる場合、遮蔽格子が平面状であると、遮蔽格子と光軸２の交点（以下、遮蔽格子と光軸の交点のことを遮蔽格子の中心と呼ぶことがある。）を中心とする遮蔽格子の中心部と、遮蔽格子の中心部よりも光軸２から離れた遮蔽格子の周辺部とでＸ線の透過量に差が生じる。そのため、本実施形態の遮蔽格子４はＸ線源のＸ線発生領域の中心（線源格子を用いる場合は線源格子のＸ線が照射される領域の中心。）を重心とする円柱の側面の一部に沿って湾曲した形状を有し、Ｘ線を遮る量を遮蔽格子の周辺部と中心部で略同程度にしている。Ｘ線を遮る量を遮蔽格子の周辺部と中心部で略同程度にするためには、本実施形態の遮蔽格子４のようにＸ線発生領域の中心を重心とする円柱の側面の一部に沿って湾曲した形状であることが好ましい。しかし、遮蔽格子の形状は遮蔽格子の遮蔽部に入射するＸ線の角度が小さくなる（遮蔽部と入射するＸ線が平行に近づく）ように遮蔽格子４が湾曲した形状であれば良い。但し、本明細書では複数の平面を繋ぎ合せたような形状も湾曲した形状とする。
【００２９】
但し、本明細書において光軸とは回折格子のＸ線が照射される範囲の中心と、Ｘ線源のＸ線発生領域（焦点）の中心を通る直線のことを指す。
【００３０】
また、遮蔽格子４がＸ線発生領域の中心を重心とする円柱の一部に沿って湾曲した形状を有すると、遮蔽格子の断面は、Ｘ線発生領域の中心を中心とし、半径が光軸２におけるＸ線発生領域の中心から遮蔽格子までの距離に等しい円の一部（円弧）を含む。
【００３１】
本実施形態は回折格子３が平面状で遮蔽格子４が湾曲した形状であるため、遮蔽格子の中心部と遮蔽格子の周辺部とでＸ線源１からのＸ線が回折格子３を透過した後に遮蔽格子４に到達するまでの距離にばらつきが生じる。遮蔽格子の自己像が形成される領域内の何れかの位置で、回折格子３を透過したＸ線が遮蔽格子４に到達するまでの距離がトールボット距離となることが好ましい。
【００３２】
自己像のピッチは回折格子３のピッチＰ１（Ｐ１ａ，Ｐ１ｃ）と位相のシフト量、撮像装置の拡大率によって決まる。本実施形態の回折格子のように位相のシフト量がπラジアンの場合、自己像のピッチは回折格子３のピッチＰ１に拡大率をかけたものとなる。尚、位相のシフト量がπ／２ラジアンの場合は回折格子のピッチに１／２と拡大率をかけたものが自己像のピッチになる。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に形成されるかを示すものである。拡大率をＭ、Ｘ線源と回折格子の距離をＬ１、回折格子と遮蔽格子の距離をＬ２とすると、
Ｍ＝（Ｌ１＋Ｌ２）／Ｌ１  ・・・（式１）
で表される。
【００３３】
本実施形態のように平面形状の回折格子３と湾曲した形状の遮蔽格子４を用いると、Ｘ線の回折格子３への入射角度によって遮蔽格子４上に形成される自己像の拡大率が異なる。そのため、遮蔽格子４の中心部上に形成される自己像のピッチＰｓ（以下、断りがない限り、自己像のピッチＰｓとは、遮蔽格子上の自己像のピッチを指す）は遮蔽格子４の周辺部上に形成される自己像のピッチＰｓよりも大きい。
【００３４】
また、回折格子と遮蔽格子が共に湾曲していても、例えば回折格子と遮蔽格子の曲率半径が異なる場合にように、自己像の拡大率Ｍが遮蔽格子の中心部と周辺部とで異なると、同様に自己像のピッチＰｓが遮蔽格子の中心部と周辺部で異なる。
【００３５】
本実施形態では、遮蔽格子４が自己像の明部の一部を遮ることでモアレが形成される。遮蔽格子のピッチＰ２と自己像のピッチＰｓの差をδつまり、Ｐｓ＝Ｐ２＋δとすると、このモアレのピッチＰｍは、
Ｐｍ＝Ｐ２２／δ  ・・・（式２）
で表される。
【００３６】
上述のように、自己像のピッチＰｓが遮蔽格子４の中心部と周辺部で異なり、遮蔽格子のピッチＰ２が遮蔽格子の中心部と周辺部で等しいと、被検体１０が無い場合でもモアレのピッチＰｍが検出器５の検出面上で異なる。
【００３７】
このため、本実施形態では、遮蔽格子４のピッチを中心部よりも周辺部で小さくすることで遮蔽格子のピッチを自己像のピッチに対応させる。これにより、遮蔽格子の中心部を透過して形成されるモアレのピッチＰｍと周辺部を透過して形成されるモアレのピッチＰｍが略等しくなる。
【００３８】
本実施形態における、遮蔽格子のピッチを自己像のピッチに対応させるとは、遮蔽格子の中心部上に形成される自己像よりもピッチの大きな自己像が形成される遮蔽格子の周辺部のピッチを、遮蔽格子の中心部における遮蔽格子のピッチよりも大きくすることである。
【００３９】
本実施形態の遮蔽格子のピッチについて更に詳細に説明をする。
【００４０】
遮蔽格子の中心におけるピッチをＰ２０、遮蔽格子の中心上に形成される自己像のピッチをＰｓ０とする。また、Ｘ線源と遮蔽格子を通り、且つ光軸２と角度αを成す直線（以下、光軸と角度αをなす直線と呼ぶことがある。）が遮蔽格子と交わる点における遮蔽格子のピッチをＰ２α、その直線と遮蔽格子との交わる点における自己像のピッチをＰｓαとする。更に、光軸上における遮蔽格子と自己像とのピッチの差（ＰＳ０−Ｐ２０）をδ０、光軸２と角度αを成す直線が遮蔽格子との交わる点における遮蔽格子と自己像とのピッチの差（ＰＳα―Ｐ２α）をδαとする。すると、遮蔽格子の中心におけるモアレのピッチＰｍｏは下記式で表される。
Ｐｍ０＝（Ｐ２０）２／δ０  ・・・（式３）
また、光軸２と角度αを成す直線が遮蔽格子と交わる点におけるモアレのピッチＰｍαは下記式で表される。
Ｐｍα＝（Ｐ２α）２／δα  ・・・（式４）
但し、本明細書では、遮蔽格子の中心上に形成される自己像のピッチとは、遮蔽格子の中心上に自己像の明部がある場合は、その明部の中心と、その明部に最も近い明部の中心の距離を指す。また、遮蔽格子と光軸２の交点上に暗部がある場合は同様にその暗部の中心とその暗部に最も近い暗部の中心の距離のことを指す。光軸２と角度αをなす直線が遮蔽格子と交わる点における自己像のピッチも同様である。
【００４１】
また、遮蔽格子の中心における遮蔽格子のピッチとは、遮蔽格子の中心に遮蔽部がある場合は、その遮蔽部の中心と、その遮蔽部に最も近い遮蔽部の中心の距離を指す。また、遮蔽格子の中心に透過部がある場合は、その透過部の中心と、その透過部に最も近い透過部の中心の距離を指す。また、光軸２と角度αをなす直線が遮蔽格子と交わる点における遮蔽格子のピッチも同様である。
【００４２】
Ｐｍ０とＰｍαを等しくするために、本実施形態では光軸２と角度αを成す直線が遮蔽格子４と交わる位置のおける遮蔽格子のピッチＰ２αを下記式を満たすように形成する。
モアレ縞のピッチは（式３）（式４）より
Ｐｍ０＝（Ｐ２０）２／（Ｐ１０×（（Ｌ０＋ｄ０）×ｎ／Ｌ０―Ｐ２０）  ・・・（式５）
Ｐｍα＝（Ｐ２α）２／（Ｐ１０×（（Ｌα＋ｄα）×ｎ／Ｌα）×（ｃｏｓα／ｃｏｓ（β−α））―Ｐ２α）  ・・・（式６）
となる。
【００４３】
但し、ｎは位相格子がπ格子の場合は１／２、π／２格子の場合は１とする。
【００４４】
そこで、モアレ縞のピッチを等しくするためには、遮蔽格子４のピッチが以下の式を満たすようにする。
（Ｐ２０―Ｐ１０×（（Ｌ０＋ｄ０）×ｎ／Ｌ０）×（Ｐ２α）２―Ｐ２０Ｐ２α＋（Ｐ２０）２×Ｐ１０×（（Ｌα＋ｄα）×ｎ／Ｌα）×（ｃｏｓα／ｃｏｓ（β−α）＝０  ・・・（式７）
ここで、Ｌ０は光軸上でのＸ線源１−回折格子３間距離、ｄ０は回折格子３―遮蔽格子４間距離、Ｌαは光軸２と角度αを成す直線上におけるＸ線源１−回折格子３間距離、ｄαは光軸２と角度αを成す直線上における回折格子３―遮蔽格子４間距離とする。また、βは回折格子３と平行な面と遮蔽格子４が回折格子３のピッチ方向に形成する角度とする。
ここで、光軸２と角度αをなす直線が遮蔽格子４と交わる位置は上述の周辺部にあたる。
本実施形態では、遮蔽格子４が、Ｘ線発生領域の中心を重心とする円柱の一部に沿って湾曲した形状を有しているため、
Ｌα＋ｄα＝Ｌ０＋ｄ０
Ｌ０／Ｌα＝ｃｏｓα
α＝β
なので、
式７は
（Ｐ２０―Ｐ１０×（（Ｌ０＋ｄ０）×ｎ／Ｌ０））×（Ｐ２α）２―（Ｐ２０）２Ｐ２α＋（Ｐ２０）２×Ｐ１０×（（Ｌ０＋ｄ０）×ｃｏｓ２α×ｎ／Ｌ０）＝０  ・・・（式８）
となる。
【００４５】
なお、Ｘ線のトールボット干渉法を用いた位相イメージングは、モアレを形成させなくても行うことができる。モアレを形成させない場合には遮蔽格子４のピッチと自己像のピッチを等しくするため、遮蔽格子４のピッチは以下の式を満たすように形成する。このとき、Ｐ２０は自己像のピッチと等しいとする。
Ｐ２α＝Ｐ１０×（（Ｌα＋ｄα）×ｎ／Ｌα）×（ｃｏｓα／ｃｏｓ（β−α））
＝Ｐ２０（Ｌ０（Ｌα＋ｄα）／ＬαＬ０＋ｄ０））×（ｃｏｓα／ｃｏｓ（β−α））  ・・・（式９）
遮蔽格子４が、Ｘ線発生領域の中心を重心とする円柱の一部に沿って湾曲した形状を有していると
Ｐ２α＝Ｐ２０ｃｏｓ２α  ・・・（式１０）
となる。
【００４６】
図において１次元構造の回折格子３・遮蔽格子４の断面を示しているが、２次元状の回折格子３・遮蔽格子４を用いても同様の効果がある。２次元状の回折格子３を用いる場合は、Ｘ線発生領域の中心を重心とする球体の一部となるように遮蔽格子４を形成することが好ましい。
【００４７】
検出器５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、遮蔽格子からのＸ線強度を計測する。遮蔽格子４を用いることで検出器５により検出可能な大きさまで自己像を拡大することが可能である。
【００４８】
演算部９は、Ｘ線撮像装置と接続されており、Ｘ線撮像装置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１０の位相像または微分位相像が得られる。本実施形態では、フーリエ変換法を用いることで、検出結果から被検体１０の微分位相像または位相像を取得する。フーリエ変換法を用いる場合、検出結果をフーリエ変換して空間周波数スペクトルを取得し、この空間周波数スペクトルからキャリア周波数に由来する成分を取り出して逆フーリエ変換することで被検査物１０の微分位相情報を取得することができる。
本実施形態ではフーリエ変換法を用いることで被検体１０の微分位相像または位相像を取得するが、他の方法を用いても良い。一例として縞走査法を用いる方法が挙げられる。縞走査法により位相情報を取得する場合、遮蔽格子上の自己像と遮蔽格子の相対位置を移動させ、移動の前後でＸ線の検出を複数回行う。複数回の検出結果用いて縞走査法に用いられるアルゴリズムを用いることにより被検査物の微分位相情報を取得することができる。
尚、縞走査法を行う場合、遮蔽格子とその上に形成される自己像のピッチの差δを０にすることが好ましい。
【００４９】
また、本実施形態では、遮蔽格子上に形成される自己像のピッチに対応して遮蔽格子のピッチを遮蔽格子の中心部と周辺部とで変化させたが、回折格子のピッチを変化させてもよい。
【００５０】
本実施形態のように平面状の回折格子と湾曲した遮蔽格子を用いる場合、上述のようにＸ線の回折格子への入射角度によって遮蔽格子上に形成される自己像の拡大率が異なる。つまり、遮蔽格子の中心部上に形成される自己像の拡大率よりも、遮蔽格子の周辺部上に形成される自己像の拡大率の方が小さくなる。そのため、回折格子のピッチを自己像の拡大率に対応させることで遮蔽格子の中心部上に形成される自己像と遮蔽格子の周辺部上に形成される自己像のピッチのばらつきを軽減させることができる。すると、遮蔽格子の中心部と周辺部でピッチが等しくても、モアレのピッチのばらつきを軽減することができる。ただし、この場合、回折格子のピッチを自己像の拡大率に対応させるとは、回折格子と光軸の交点を中心とする回折格子の中心部のピッチよりも、回折格子の中心部よりも光軸から離れた回折格子の周辺部のピッチを大きくすることを指す。
【００５１】
この場合、遮蔽格子のピッチを下記式（１１）を満たすように形成すると、遮蔽格子の中心部上と周辺部上に形成される自己像のピッチを等しくすることができる。
Ｐ１β＝Ｐ１０×（ＭＯ／Ｍβ）  ・・・式（１１）
ここで、Ｐ１βは回折格子の周辺部のピッチ、Ｐ１０は回折格子の中心部のピッチ、ＭＯは遮蔽格子の中心部上に形成される自己像の拡大率、Ｍβは遮蔽格子の周辺部上に形成される自己像の拡大率を示す。
【００５２】
このように回折格子のピッチを変化させることにより検出器の検出面上に形成されるモアレのピッチのばらつきを低減させることができる。しかし、タルボ距離は回折格子のピッチが大きいほど大きくなる。よって、このような構成だと遮蔽格子の中心部をタルボ距離に合わせようとすると周辺部で自己像のボケが大きくなり、周辺部をタルボ距離に合わせようとすると中心部で自己像のボケが大きくなるため遮蔽格子のピッチを自己像のピッチに対応させる方が好ましい。
【００５３】
（実施形態２）
実施形態２では、回折格子の位相遅延部と位相進行部の断面形状が平行四辺形で、同様に遮蔽格子の遮蔽部と透過部の断面形状が平行四辺形なＸ線撮像装置について図４を用いて説明をする。実施形態１とは回折格子と遮蔽格子が異なり、その他の構成は同じであるため省略する。
【００５４】
本実施形態に用いられる回折格子３０の断面形状は図４に示したように、平行四辺形の位相進行部と平行四辺形の位相遅延部とが交互に配列した形状である。この平行四辺形の位相進行部と位相遅延部は、回折格子３０に入射するＸ線に対して平行になるように配列されている。そのため、配列場所によって位相進行部と位相遅延部の形状は異なっており、配置場所が光軸上であれば４つの角が全て９０度であり、光軸２から遠ざかるにつれて角度が変化する。また、回折格子のピッチによっては、位相遅延部と位相進行部の断面形状が平行四辺形では回折格子に入射するＸ線と基板上の構造物の側面を平行にならないことがある。その場合は、断面形状を台形にしてもよい。
【００５５】
特許文献１に記載されているように、回折格子のピッチは光軸２から離れる程大きくなる。これにより、回折格子の中心部と遮蔽格子の中心部の距離も、回折格子の周辺部と遮蔽格子の周辺部の距離もタルボ距離にしている。
【００５６】
本実施形態に用いられる遮蔽格子４０は、図４に示したように遮蔽格子の透過部１４が遮蔽格子に入射するＸ線に対して平行になるような構造を有しており、平行四辺形の透過部と平行四辺形の遮蔽部とが交互に配列した形状である。回折格子と同様に配列場所によって透過部と遮蔽部の形状は異なっており、配置場所が光軸上であれば４つの角が全て９０度であり、光軸２から遠ざかるにつれて角度が変化する。また、遮蔽格子のピッチによっては、透過部と遮蔽部の断面形状が平行四辺形では遮蔽格子に入射するＸ線と基板上の構造物の側面を平行にならないことがある。その場合は、断面形状を台形にしてもよい。
【００５７】
本実施形態のように回折格子の中心部と周辺部でピッチを変化させると、自己像の拡大率Ｍが等しくても、遮蔽格子の中心部上に形成される自己像と、遮蔽格子の周辺部上に形成される自己像のピッチが異なる。そのため、本実施形態では、遮蔽格子のピッチを中心部よりも周辺部で大きくすることで遮蔽格子のピッチを自己像のピッチに対応させる。これにより、遮蔽格子の中心部を透過して形成されるモアレのピッチと周辺部を透過して形成されるモアレのピッチが略等しくなる。
【００５８】
尚、本実施形態における遮蔽格子のピッチを自己像のピッチに対応させるとは、遮蔽格子の中心部上に形成される自己像よりもピッチの小さな自己像が形成される遮蔽格子の周辺部のピッチを、遮蔽格子の中心部における遮蔽格子のピッチよりも小さくすることである。
【００５９】
本実施形態の遮蔽格子は上述した式２によって計算したモアレのピッチが等しくなるように遮蔽格子の中心部と周辺部でピッチを変化させることにより、検出器の検出面上に形成されるモアレのピッチを等しくする。上述の式３のＰｍｏと式４のＰｍαの差を小さくすれば検出器の検出面上に形成されるモアレのピッチのばらつきを軽減させることができ、ＰｍｏとＰｍαを等しくすることで検出器の検出面上に形成されるモアレのピッチが等しくなる。
【実施例】
【００６０】
以下に、本発明の実施例と比較例について説明する。
【００６１】
［比較例１］
比較例１においては、１次元の回折格子と遮蔽格子を用い縞走査法により被検体１０の微分位相像を取得する方法に関する例を示す。
【００６２】
比較例１のＸ線撮像装置は遮蔽格子以外は実施形態１同様に図１に示した構成である。
Ｘ線源はＭｏ特性Ｘ線を発生するＸ線源を用いた。回折格子は２００ｍｍ角の平面上に形成し、実施形態１同様、図２（ａ）に示すように１次元の縞状に位相進行部と位相遅延部が配列している。本比較例の回折格子のピッチ：Ｐ１ａ＝７．３５μｍであり、位相進行部を透過したＸ線と位相遅延部を透過したＸ線ではπラジアン位相がシフトしている。この回折格子は、３００ｍｍφＳｉウェハーをエッチングすることにより作製する。
【００６３】
遮蔽格子も回折格子同様２００ｍｍ角とし、図２（ｂ）に示すように一次元の縞状にＸ線遮蔽部とＸ線透過部が配列している。また、本比較例の遮蔽格子のピッチは中心部と周辺部で等しく、遮蔽格子のピッチ：Ｐ２ｂ＝４．０μｍであり、半径１２７４ｍｍの円柱の側面に内接するように湾曲している。この遮蔽格子は３００ｍｍφＳｉウェハーをエッチングし、空孔部に金を充填することにより作製する。
【００６４】
回折格子から遮蔽格子までの距離をＭｏ特性Ｘ線により形成される自己像が最も明瞭に観察されるトールボット長にするため、Ｘ線源からの回折格子までの距離を１１７０ｍｍ、回折格子から遮蔽格子までの距離を１０４ｍｍとする。検出器５は遮蔽格子４の直下（１０ｍｍ）に設置し、その画素ピッチは５０μｍとする。
【００６５】
このとき遮蔽格子の中心上に形成される自己像のピッチは遮蔽格子の中心における遮蔽格子のピッチと等しくなり、モアレは形成されない。一方、遮蔽格子の中心から１００ｍｍ離れた位置では、自己像の拡大率が小さくなることにより遮蔽格子のピッチよりも遮蔽格子上に形成される自己像のピッチの方が小さくなる。その結果、モアレが形成される。このときのモアレのピッチは（式２）より５２５μｍとなる。
【００６６】
本比較例による撮像方法を説明する。被検体１０をＸ線源と回折格子の間に配置し、まず、Ｘ線照射時に検出器５が検出する線量が最大となる配置でＸ線の強度分布を検出し、その後回折格子３を１．４７μｍピッチの方向に移動しながら３回検出を行う。合計４回の検出結果を用いて演算部により計算することで被検体１０の微分位相像を取得することができる。
【００６７】
［実施例１］
実施例１は比較例１で示したＸ線撮像装置に実施形態１を適用した例であり、遮蔽格子以外は比較例１と同じ構成なため、説明は省略する。
【００６８】
本実施例の遮蔽格子も比較例１同様２００ｍｍ角とし、図２（ｂ）に示すように一次元の縞状にＸ線遮蔽部とＸ線透過部が配列しており、半径１２７４ｍｍの円柱の側面に内接するように湾曲している。また、遮蔽格子の中心における遮蔽格子のピッチは４．０μであり、光軸と角度αをなす直線上での遮蔽格子のピッチＰ２ａを、式（１０）より、
Ｐ２ａ＝７．３５×ｃｏｓαとなるように、遮蔽格子４の中心から離れるほど遮蔽格子のピッチを小さくする。
【００６９】
但し、ここで遮蔽格子のピッチとは遮蔽格子のＸ線遮蔽部の中心間距離またはＸ線透過部の中心間距離を指す。例えば遮蔽格子の中心のピッチは、遮蔽格子の中心がＸ線透過部の場合は、その透過部の中心と、その透過部に最も近い透過部の中心の距離を指し、Ｘ線遮蔽部がある場合は同様にその遮蔽部の中心とその遮蔽部に最も近い遮蔽部の中心の距離のことを指す。
【００７０】
この遮蔽格子も比較例１同様に、３００ｍｍφＳｉウェハーをエッチングし、空孔部に金を充填することにより作製する。
【００７１】
本実施例では遮蔽格子の中心から離れる程遮蔽格子のピッチを小さくすることにより、遮蔽格子の中心だけでなく、遮蔽格子の中心から１００ｍｍ離れた位置でも遮蔽格子のピッチとその遮蔽格子上に形成される自己像のピッチを等しくしている。よって、モアレは形成されない。
【００７２】
本実施例１では、比較例１と同様に縞走査法を行う。
【００７３】
［比較例２］
比較例２においては、２次元の回折格子と遮蔽格子を用いてフーリエ変換法により被検体の位相像を取得する方法に関する実施例を示す。回折格子と遮蔽格子以外は比較例１と同じ構成なため、説明は省略する。
【００７４】
比較例１と同様に、回折格子３は２００ｍｍ角の平面上に形成し、実施形態１同様、図２（ｃ）に示すように市松格子状に位相進行部と位相遅延部が配列している。本比較例の回折格子のピッチ：Ｐ１ｃ＝７．５μｍであり、位相進行部を透過したＸ線と位相遅延部を透過したＸ線ではπラジアン位相がシフトしている。この回折格子は、３００ｍｍφＳｉウェハーをエッチングすることにより作製する。
【００７５】
遮蔽格子も回折格子同様２００ｍｍ角とし、図３（ｄ）に示すように井桁格子状にＸ線遮蔽部とＸ線透過部が配列している。また、本比較例の遮蔽格子のピッチは中心部と周辺部で等しく、遮蔽格子のピッチ：Ｐ２ｃ＝４．０μｍであり、半径１３３０ｍｍの球体に内接するように湾曲している。この遮蔽格子は３００ｍｍφＳｉウェハーをエッチングし、空孔部に金を充填することにより作製する。
【００７６】
回折格子から遮蔽格子までの距離をＭｏ特性Ｘ線により形成される自己像が最も明瞭に観察されるトールボット長にするため、Ｘ線源から回折格子までの距離を１２２２ｍｍ、回折格子―から遮蔽格子までの距離を１０８ｍｍとする。検出器は遮蔽格子直下（１ｍｍ）に設置し、その画素ピッチは５０μｍとする。
【００７７】
このとき遮蔽格子の中心上に形成される自己像のピッチと遮蔽格子のピッチは僅かに異なり、モアレが形成される。この時、遮蔽格子の中心上のモアレのピッチは２００μｍとなる。一方遮蔽格子の中心から１００ｍｍ離れた位置では、自己像の拡大率が小さくなることにより自己像のピッチが小さくなる。これにより、自己像のピッチと遮蔽格子のピッチの差δは中心上におけるピッチの差よりも大きくなり、この位置でのモアレのピッチは２８０μｍとなる。
【００７８】
本比較例による撮像方法を説明する。被検体をＸ線源と回折格子の間に配置し、Ｘ線の強度分布をの検出を行う。この検出結果を用いてフーリエ変換を行うことにより、被検体の微分位相像を取得することができる。更に、得られた微分位相像を積分すると、被検体の位相像を得ることができる。
【００７９】
［実施例２］
実施例２は比較例２で示したＸ線撮像装置に実施形態１を適用した例であり、遮蔽格子以外は比較例２と同じ構成なため、説明は省略する。
【００８０】
本実施例の遮蔽格子も比較例２同様２００ｍｍ角とし、図２（ｂ）に示すように一次元の縞状にＸ線遮蔽部とＸ線透過部が配列しており、半径１３３０ｍｍの球体に内接するように湾曲している。また、遮蔽格子の中心における遮蔽格子のピッチは４．０μであり、遮蔽格子の中心からの遮蔽格子のピッチの方向へ距離Ｘａ離れた位置での遮蔽格子のピッチ：Ｐ２ｃを
Ｐ２ｃ２／（ｃｏｓ２α×ＰＳＯ−Ｐ２ｃ）＝２００μｍ
となるように、遮蔽格子４の中心から離れるほど遮蔽格子のピッチを小さくする。
【００８１】
これによりモアレのピッチは外周部においても２００μｍとなる。
【００８２】
この遮蔽格子も比較例２同様に、３００ｍｍφＳｉウェハーをエッチングし、空孔部に金を充填することにより作製する。
【符号の説明】
【００８３】
１  Ｘ線源
３  回折格子
４  遮蔽格子
５  検出器
【図１】
2012235919.tif 000003
【図２】
2012235919.tif 000004
【図３】
2012235919.tif 000005
【図４】
2012235919.tif 000006