(57)【要約】      （修正有）【課題】従来に比べて周期の短い周期パターンの検出が可能な格子型Ｘ線位相イメージング装置を提供する。【解決手段】Ｘ線撮像装置は、Ｘ線源１からのＸ線を用いて周期パターンを形成する格子３と、周期パターンを検出する検出器５と、を備えた被検査物４を撮像するＸ線撮像装置である。Ｘ線の光軸２１０に垂直な平面内における周期パターンの周期方向である第１の方向と、同平面内における検出器５のＸ線受光面に平行な直線とのなす角をθ１とおき、また、Ｘ線受光面に対するＸ線の斜入射角をθ２とおいた時、2013164339.tif 000011が成り立つ。また、格子３の表面とＸ線の光軸２１０とがなす角度が４５°以上９０°以下である。【選択図】図１
2013164339.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線源からのＸ線を用いて周期パターンを形成する格子と、前記周期パターンを検出する検出器と、を備えた被検査物を撮像するＸ線撮像装置であって、
前記Ｘ線の光軸に垂直な平面内における前記周期パターンの周期方向である第１の方向と、前記平面内における前記検出器のＸ線受光面に平行な直線と、のなす角をθ１、
前記Ｘ線受光面に対する前記Ｘ線の斜入射角をθ２とおいた時、
【数１】
2013164339.tif 000009
が成り立ち、
前記格子の表面と前記Ｘ線の光軸とがなす角度が４５°以上９０°以下であることを特徴とするＸ線撮像装置。
【請求項２】
Ｘ線源からのＸ線を用いて周期パターンを形成する格子と、前記周期パターンを検出する検出器と、を備えた被検査物を撮像するＸ線撮像装置であって、
前記Ｘ線の光軸に垂直な平面内における前記周期パターンの周期方向である第１の方向と、前記平面内における前記検出器のＸ線受光面に平行な直線とのなす角をθ１、
前記Ｘ線受光面に対する前記Ｘ線の斜入射角をθ２、
前記Ｘ線の光軸に垂直かつ、前記受光面と交差する平面内における前記周期パターンの前記第１の方向におけるピッチをｐ０、前記受光面上における第１の方向に対応する方向の分解可能な最小の長さをＲとおいた時、
θ２は０°より大きく、３０°より小さく、
【数２】
2013164339.tif 000010
が成り立ち、
前記格子と前記Ｘ線の光軸とがなす角度が４５°以上９０°以下であることを特徴とするＸ線撮像装置。
【請求項３】
前記格子の表面と前記Ｘ線の光軸とがなす角度が６０°以上９０°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】
｜９０°−θ１｜＜θ２であることを特徴とする請求項１乃至３に記載のＸ線撮像装置。
【請求項５】
前記格子はＸ線を回折する回折格子であり、前記周期パターンは回折された前記Ｘ線同士が干渉することにより生じる干渉パターンである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Ｘ線受光面を複数有す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】
前記検出器はＸ線変換層を有し、
前記Ｘ線変換層の厚さがｐ０／２ｃｏｓθ２以下であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のＸ線撮像装置。
【請求項８】
前記周期パターンは、前記第１の方向と交差する第２の方向にも周期を有し、
前記Ｘ線受光面は、姿勢調節手段により第１の姿勢と、第１の姿勢と異なる第２の姿勢とをとり、
前記検出器は、前記Ｘ線受光面が前記第１の姿勢のときと、前記第２の姿勢のときとで夫々前記周期パターンを検出す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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線の位相を利用した撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線は高い物質透過性を持っていることから、被検査物の内部構造の撮像手段として、医療や工業において広く利用されている。また近年では、被検査物の透過により発生するＸ線の位相シフトを利用した撮像方法（Ｘ線位相イメージング）が研究開発されている。
【０００３】
Ｘ線の位相を利用した撮像方法の一つとして格子を利用して周期パターンを形成する撮像方法が提案されている。この種の方法として、たとえば特許文献１に記載の格子の影を検出器に投影する方法と特許文献２に記載されているトールボット（Ｔａｌｂｏｔ）干渉法が知られている。
【０００４】
特許文献１の例では、格子によりＸ線を多数のビームに空間的に分割し、このＸ線ビームを被検査物に照射し、被検査物を透過したＸ線ビームにより形成される周期パターンを検出器により検出する。Ｘ線ビームは、被検査物を透過することによる位相変化に従って屈折し、この屈折がＸ線ビームの位置ずれを起こす。このＸ線ビームの位置ずれを被検査物による周期パターンの変化として検出器で検出することができる。
【０００５】
上述の方法においては、格子により分割されたＸ線ビームの間隔が撮像装置の性能や装置サイズを決定する重要な数値の一つとなる。一般的には、Ｘ線ビームの間隔がたとえば数十μｍであるなど比較的短い方が、Ｘ線ビームの屈折に対する検出感度、空間分解能、屈折の情報と吸収の情報を分離する能力、装置サイズ等の点から好ましい。
【０００６】
特許文献２の例では、格子として回折格子を用い、トールボット効果によって自己像と呼ばれる干渉パターンを形成し、被検査物を透過することによる干渉パターンの変化を検出することによって被検査物によるＸ線の位相シフトを検出する。トールボット干渉法においては、数μｍの周期を持つ干渉パターンを格子から数百ｍｍ離れた位置に存在する検出器のＸ線受光面上に形成させることが一般的である。尚、干渉パターンはＸ線（光）の干渉により形成される周期パターンの１種である。このような撮像方法は、Ｘ線位相イメージングの分野においてトールボット干渉法と呼ばれる。
【０００７】
しかしながら、Ｘ線撮像装置に使用される検出器の空間分解能は通常数十μｍあるいは１００μｍ以上であり、一般的なトールボット干渉法で形成される干渉パターンを直接検出することは困難となる。
【０００８】
この問題を解決するために、特許文献２では、干渉パターンが形成される位置に干渉パターンとほぼ等しい周期の構造を持つ遮蔽格子を配置することにより、干渉パターンの局所的な変化を間接的に検出することを可能にしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】国際公開第９５／０５７２５号
【特許文献２】米国特許第５８１２６２９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記のように、格子の影を検出器に投影する方法を行う場合、一般的にＸ線ビームの間隔が小さい方が好ましい。
【００１１】
しかし、Ｘ線撮像装置に使用される検出器の空間分解能は通常数十μｍあるいは１００μｍ以上であるため、Ｘ線ビームの間隔は検出器の空間分解能に合わせて設計する必要があった。
【００１２】
また、トールボット干渉法では遮蔽格子を用いて干渉パターンを間接的に検出する方法が提案されているが、遮蔽格子を用いることは装置の複雑化を招いていた。
【００１３】
これらの理由から、周期パターンを用いて被検査物を撮像する撮像装置においては、より周期が短い周期パターンを検出器により直接検出することができる撮像装置が望まれていた。
【００１４】
そこで本発明は、Ｘ線の周期パターンを用いて被検査物を撮像する撮像装置であって、従来に比べて周期の短い周期パターンの直接検出が可能な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】
【００１５】
本発明のＸ線撮像装置は、Ｘ線源からのＸ線を用いて周期パターンを形成する格子と、前記周期パターンを検出する検出器と、を備えた被検査物を撮像するＸ線撮像装置であって、前記Ｘ線の光軸に垂直な平面内において前記周期パターンの周期方向である第１の方向と、前記平面内における前記検出器のＸ線受光面に平行な直線とのなす角をθ１、前記Ｘ線受光面に対する前記Ｘ線の斜入射角をθ２とおいた時、
【００１６】
【数１】
2013164339.tif 000003
【００１７】
が成り立ち、前記格子と前記Ｘ線の光軸とがなす角度が４５°以上９０°以下であることを特徴とする。
【００１８】
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】
【００１９】
従来に比べて周期の短い周期パターンの直接検出が可能な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】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施形態のＸ線撮像装置を示した図である。
【図２】本発明の第１実施形態における分割されたビームのＸ線受光面への斜入射について示した図である。
【図３】本発明の第１実施形態における、斜入射による拡大率と、入射方向に関する角度との関係を示したグラフである。
【図４】本発明の第１実施形態における分割されたビームの斜入射角と、検出器のＸ線変換層の厚さとの関係を示した図である。
【図５】本発明の第１実施形態のＸ線撮像装置の変形例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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。
【００２２】
〔第１実施形態〕
第１実施形態ではＸ線撮像装置として格子の影を検出器に投影する方法を用いる撮像装置について説明をする。図１は本実施形態のＸ線撮像装置を示している。本実施形態のＸ線撮像装置は、Ｘ線源１と、Ｘ線２を分割してビームを形成する格子３と、格子３により形成された周期パターンを検出する検出器５を備えている。また、検出器５による検出結果は、不図示の演算手段によって位相回復処理され、被検査物の位相に関する情報が得られる。
【００２３】
Ｘ線源１は、発散Ｘ線を出射するものでも、平行Ｘ線を出射するもの（例えばシンクロトロン）でも良い。また、特性Ｘ線を出射するものでも、連続Ｘ線を出射するものでも良い。但し、格子３により形成される周期パターンが、検出器５のＸ線受光面５１においてコントラストを有することができるようなＸ線２を出射する必要がある。
【００２４】
本実施形態において、格子３は分割素子である。分割素子は、Ｘ線を透過する透過部とＸ線を遮蔽する遮蔽部が周期的に配列されている構造を有することで、Ｘ線２を空間的に分割してＸ線ビームを形成する。分割素子はこのようにＸ線ビームを形成することにより、検出器のＸ線受光面５１上に、第１の方向に対応する方向に周期パターンを形成する。
【００２５】
尚、本明細書において周期パターンとは、一定の周期を有するパターンだけでなく、パターンの間隔が規則的に変化するパターンのことも指す。例えば、パターンの中心部から遠ざかるほど、パターンの明部同士の間隔が大きくなるようなパターンも周期パターンと呼ぶ。検出器による検出結果から被検査物に関する情報を計算する際には、Ｘ線受光面上に形成される周期パターンの周期は一定であることが好ましい。しかし、被検査物によるパターンの変化を検出できれば、周期が一定でないパターンを用いても被検査物に関する情報を得ることができる。また、第１の方向に対応する方向とは、第１の方向をＸ線受光面上に投影したときに形成されるＸ線受光面上の一方向であり、Ｘ線源から見ると第１の方向２２と第１の方向に対応する方向２２０は重なる。
【００２６】
また、この格子３の表面とＸ線の光軸２１０がなす角度は、４５°以上９０°以下であることが好ましい。更に、格子３の表面と光軸のなす角度が６０°以上９０°以下であることがより好ましい。但し、本実施形態において、Ｘ線の光軸とはＸ線源（Ｘ線源のＸ線出射部）の中心と検出器のＸ線受光面上のＸ線照射範囲の中心を結んだ直線のことを指す。図１には図示していないが、Ｘ線源と被検査物の間にＸ線の絞りが配置された撮像装置の場合は、Ｘ線源とその絞りの中心を通る直線がＸ線の光軸と一致する。
【００２７】
格子の表面と光軸がなす角度が小さいほど、格子と光軸の交点における格子に対するＸ線の入射角は大きくなり、斜入射角は小さくなる。すると、Ｘ線源から見た格子の面積が小さくなり、格子の実効面積が狭くなる。
【００２８】
加えて、一般的な格子は光軸に対して垂直に配置されることを想定して設計、作製されており、格子の表面と光軸のなす角度が小さいほど設計時に想定した周期パターンが得にくくなる。例えば、格子の構造のアスペクト比とＸ線の入射角によっては、格子に入射したＸ線全体が格子を通過するまでの間に遮蔽部を構成するＸ線吸収体の一部を透過することがある。それにより、周期パターンのコントラストが低下したり、全体的に均一に遮蔽されてしまい周期パターンが形成されなかったりする。
【００２９】
Ｘ線は被検査物４を透過することにより位相が変化して進行方向が変化する。これにより、分割された個々のＸ線ビームの検出位置にずれが発生する。この位置ずれ量を元に、Ｘ線が屈折した角度を計算することができる。屈折の角度は光の波面の傾き角度とみなせるため、このような計算により波面の傾き量分布を得ることができる。また、得られた波面の傾き量分布を数値的に積分することにより、波面の形状を得ることもできる。波面形状は被検査物を透過することによるＸ線の位相シフト量分布とみなすこともできることから、位相像と呼ばれることもある。同様に、波面の傾き量分布は波面形状の空間微分値の分布であることから、微分位相像と呼ばれることもある。このような位相像及び微分位相像は、被検体を透過したＸ線の位相情報を利用して取得された被検査物４の像であると言える。
【００３０】
尚、図１では格子３と検出器５の間に被検査物４を配置したが、Ｘ線源１と格子３の間に被検査物４を配置しても良い。
【００３１】
本実施形態において検出器５は間接変換型フラットパネル検出器であり、Ｘ線受光面５１とＸ線変換層（シンチレーター層）５２と撮像素子５３を有している。また、本実施形態とは異なるが、間接変換型フラットパネル検出器の代わりに直接変換型フラットパネル検出器を用いても良い。直接変換型の検出器の場合、検出器はＸ線受光面とＸ線変換層（光電変換層）を有し、Ｘ線変換層により電気信号に変換されたＸ線を検出する。
【００３２】
本実施形態のＸ線撮像装置では、検出器のＸ線受光面５１に対しＸ線ビームが斜めに入射（斜入射）するように検出器５を配置する。これにより、Ｘ線受光面５１上に形成される周期パターンが拡大され、Ｘ線ビームが垂直に入射するよりも周期が小さな周期パターンを直接検出することができる。
【００３３】
斜入射による周期パターンの拡大について図２を用いて説明をする。なお、ここでは格子３として、スリットが一定の周期で一列に並んだ１次元格子を想定して説明をする。また、格子の表面と光軸のなす角度が９０°の場合を想定する。このような場合、分割されたＸ線ビームは多重のシート状ビームとなる。
【００３４】
図２（ａ）は、Ｘ線の光軸２１に垂直な平面内における、周期パターン２４を表している。
【００３５】
図２（ａ）において光軸２１は紙面に対して垂直方向となる。光軸２１に垂直な平面において、ｐ０をＸ線受光面が配置される位置における周期パターン２４の周期方向（以下、第１の方向と呼ぶことがある）２２に沿った周期とする。Ｘ線受光面が配置される位置における周期について説明をする。
【００３６】
格子に入射するＸ線が平行Ｘ線の場合、ｐ０はＸ線源から格子の距離と格子からＸ線受光面の距離の影響を受けない。しかし、格子に入射するＸ線が発散Ｘ線の場合、Ｘ線源から格子までの距離と格子からＸ線受光面までの距離に応じて周期パターンが拡大される。例えば図１ではＸ線受光面のうち上部と下部ではＸ線の発散による拡大率が異なるため、ｐ０も厳密には異なる。尚、Ｘ線受光面が配置される位置における周期パターン２４の周期方向２２に沿った周期とは、言い換えれば、Ｘ線の光軸に垂直かつ、Ｘ線受光面５１と交差する平面内における周期パターン２４の周期方向におけるピッチである。ｐ０は、平行Ｘ線を格子に照射したときに形成される周期パターン周期に、Ｘ線の発散による拡大率をかけることで求めることができる。また、ｐ０は上述のとおり光軸に垂直な平面内における周期パターンの周期であるため、Ｘ線が受光面に垂直に入射したときの受光面上におけるパターンの周期ということもできる。
【００３７】
また、Ｘ線の光軸２１に垂直な平面内における、周期方向２２とＸ線受光面５１に対して平行な直線の一つを表す直線２３とのなす角をθ１と定義する。図２（ａ）の周期パターン２４の縦方向（ｙ軸方向）及び横方向（ｘ軸方向）の周期はそれぞれ、ｐ０／ｓｉｎθ１、ｐ０／｜ｃｏｓθ１｜と表せる（ただし０°＜θ１＜１８０°とする）。
【００３８】
図２（ｂ）は、Ｘ線の入射方向に平行かつ、Ｘ線受光面５１に垂直な一平面における周期パターン２４（Ｘ線ビーム）とＸ線受光面５１を表している。図２（ｂ）はＸ線受光面のＸ線照射範囲の中心とその周辺部を拡大した図であるため、Ｘ線の入射方向は光軸２１と一致するものとする。また、拡大図なので周期パターン２４を形成するＸ線ビーム同士はほぼ平行であるため、Ｘ線ビーム同士は平行であると近似して図示した。図２（ｂ）のθ２は、この平面においてＸ線受光面５１とＸ線の入射方向のなす角度であり、Ｘ線の斜入射角である。尚、Ｘ線の入射方向とは、Ｘ線受光面５１のある領域において、その領域とＸ線源とを直線で結んだ方向のことを指し、Ｘ線源と被検査物の間にＸ線の絞りが配置された撮像装置の場合は、その絞りの中心とその領域とを直線で結んだ方向のことを指す。
【００３９】
図２（ｂ）より、同図中の横方向に（Ｘ線の入射方向に平行かつ、Ｘ線受光面５１に垂直な一平面内でのＸ線受光面と平行な方向）対する周期パターン２４の周期はｐ０／ｓｉｎθ１ｓｉｎθ２と表せることが分かる。
【００４０】
図２（ｃ）は、Ｘ線受光面上における周期パターン２４を表している。図２（ｃ）の横方向は図２（ａ）中の横方向（ｘ軸方向）図２（ｃ）の縦方向は図２（ｂ）中の横方向にそれぞれ対応している。尚、図２（ｃ）も図２（ｂ）同様にＸ線受光面のＸ線照射範囲の中心とその周辺部を拡大した図であり、Ｘ線の発散による拡大率のばらつきは無視できるとして周期パターン２４のピッチは等しく図示した。
図２（ｃ）より、
【００４１】
【数２】
2013164339.tif 000004
【００４２】
このため、Ｘ線受光面上における周期パターン２４の第１の方向に対応する方向に沿った周期ｐは、
【００４３】
【数３】
2013164339.tif 000005
【００４４】
で表される。
【００４５】
したがって、Ｘ線が垂直以外の任意の方向から入射した場合のＸ線受光面上におけるパターン周期ｐはＸ線が垂直に入射した場合のパターン周期ｐ０に対して拡大率Ｍ倍に拡大され、ｐ＝Ｍｐ０と表される。すると、上述の式より、
【００４６】
【数４】
2013164339.tif 000006
【００４７】
である。この拡大率を、以下、斜入射による拡大率と呼ぶことがある。
【００４８】
以上、Ｘ線受光面のＸ線照射範囲の中心とその周辺部の拡大図を例に、Ｘ線の斜入射による拡大率について説明をしたが、Ｘ線受光面のその他の領域においても同様である。但し、θ１、θ２及びＸ線の発散による拡大率を反映したｐ０はＸ線受光面の領域毎に異なる。例えば、図１のように格子３と検出器５を配置した場合は図１の上部ほど、θ２は９０°に近づき、ｐ０は小さくなる。
【００４９】
周期パターンを検出器５により検出するためには、Ｘ線受光面上の周期パターン２４の第１の方向に対応する方向に沿った周期が、検出器５の第１の方向に対応する方向における分解可能な最小の長さ（以下、空間分解能と呼ぶ。）以上である必要がある。これを式で表すと、
【００５０】
【数５】
2013164339.tif 000007
【００５１】
が成り立つことになる。但し、Ｒは検出器の第１の方向に対応する方向に対する空間分解能である。また、上記式（１）はＸ線受光面の全面で成り立つことが好ましい。図１に示したような撮像装置においては、Ｘ線受光面の上部、つまりθ２が９０°に近い領域ほど式（１）の左辺つまり、Ｘ線受光面上における周期パターン２４の第１の方向に対応する方向に沿った周期は短くなる。また、θ１が９０°から遠い領域ほど式（１）の左辺つまり、Ｘ線受光面上における周期パターン２４の第１の方向に対応する方向に沿った周期は短くなる。よって、Ｘ線受光面において、θ２が９０°に近く、θ１が９０°から遠い領域で式（１）が成り立てば、Ｘ線受光面の全面で式（１）が成り立つとみなすことができる。尚、Ｘ線受光面の全面とは、Ｘ線受光面の内、撮像に用いられる範囲全体のことを指す。また、Ｘ線を検出する場合、一般的には周期パターンの周期が空間分解能の２倍以上の長さであると、より精密に周期パターンの強度分布を検出することができる。
【００５２】
また、従来よりも周期が短い周期パターンを直接検出するためには、
【００５３】
【数６】
2013164339.tif 000008
【００５４】
が成り立つことが好ましい。また、これがＸ線受光面の全面で成り立つことがより好ましい。斜入射による拡大率が２よりも大きくなるためには、例えばθ１が９０°のとき、θ２が０°より大きく、３０°より小さければよい。尚、式（１）同様に、θ２が９０°に近く、θ１が９０°から遠い領域で斜入射による拡大率Ｍが２よりも大きければ、Ｘ線受光面の全面で斜入射による拡大率Ｍが２よりも大きいとみなすことができる。θ１が一定の値を取るとき、θ２が０°に近づくほど斜入射による拡大率Ｍは大きくなり、周期の小さな周期パターンを検出することができるため、θ２は１５°より小さいことが好ましく、１０°より小さいことが更に好ましい。しかし、θ２が０°に近づくほどＸ線源から見たＸ線受光面の面積は小さくなり、写野が狭くなるため、θ２は２°より大きいことが好ましい。
【００５５】
図３は、θ２＝５、１０、２０°の時のθ１と斜入射による拡大率Ｍの関係を表したグラフである。同グラフに示されている通り、Ｍは０°＜θ１＜９０°の範囲でθ１に対して単調増加し、θ１＝９０°の時に最大値１／ｓｉｎθ２を取る。９０°＜θ１＜１８０°の範囲におけるＭの値が描く曲線は、０°＜θ１＜９０°の範囲における曲線を左右反転したものに等しくなる。したがって、他の条件が一定の場合、Ｘ線受光面上の周期パターン２４の周期はθ１＝９０°で最大となる。よって、検出器の空間分解能がＸ線受光面上において等方的であり、かつＸ線の入射方向に依存して変化しないと仮定した場合、検出されるコントラストが最大となるのはθ１＝９０°の時である。よって、θ１は９０°に近いことが好ましい。さらに、同グラフからは、θ２が小さくなるにつれてＭが最大値１／ｓｉｎθ２に近い値を取るθ１の範囲が狭くなることが分かる。より具体的には、Ｍが最大値１／ｓｉｎθ２に概ね近い値を取るためには、｜９０°−θ１｜＜θ２である必要があるため、θ１とθ２はこの式を満たすことが好ましい。
【００５６】
図４は、図２（ｂ）と同じ平面における周期パターン２４と、検出器５の断面を表している。なお、図４においてはθ２を定数とみなした時のＭが最大となるθ１＝９０°の場合を想定している。上述のように、本実施形態の検出器はＸ線受光面５１とＸ線変換層５２と撮像素子５３を有している。図４において、Ｘ線変換層５２の厚さｄはｐ０／２ｃｏｓθ２である。この厚さは、図４に示した平面における縦方向の周期パターン２４の周期ｐ０／ｃｏｓθ２の１／２に相当する。この条件の時、撮像素子５３により検出されるＸ線の強度分布は概ね強度分布２００のようになると考えられる。よって、撮像素子のピクセルサイズが強度分布２００の周期に対して十分に小さいと仮定すれば、検出器５は個々のビームを空間的に分離して検出できる。このように、周期パターンの明部（Ｘ線強度が大きい部分）と暗部（Ｘ線強度が小さい部分）が同じ幅を持つとき、検出器５のＸ線変換層の厚さｄはｐ０／２ｃｏｓθ２以下であることが好ましい。また、周期パターンの明部と暗部が異なる幅を持つとき、図４に示した平面の縦方向における暗部の幅よりも検出器のＸ線変換層の厚さを薄くすることが好ましい。言い換えれば、図４に示した平面の縦方向における周期パターンの周期ｐ０／ｃｏｓθ２に対して暗部の幅が占める割合がｃ／ｅのとき、ｐ０／ｃｏｓθ２にｃ／ｅを掛けた長さよりも検出器のＸ線変換層の厚さを薄くすることが好ましい。明部と暗部の幅が同じとき、ｃ／ｅは１／２である。
【００５７】
本実施形態のＸ線撮像装置は検出器の検出結果を用いて位相回復処理を行うことにより、被検査物の情報（微分位相像、位相像）を得ることができる。位相回復処理は演算手段である計算機によって行われる。位相回復方法には、たとえばフーリエ変換法を用いることができる。フーリエ変換法の詳細はＭｉｔｓｕｏ  Ｔａｋｅｄａ  ｅｔ  ａｌ．，Ｊ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．，Ｖｏｌ．７２，Ｎｏ．１（１９８２）に記載されているのでここでは省略する。また、格子３の位置を面内方向に移動させて撮像した複数の画像を元に、位相シフト法アルゴリズムを用いて算出することもできる。位相シフト法の詳細はＤａｎｉｅｌ  Ｍａｌａｃａｒａ著“Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｓｈｏｐ  Ｔｅｓｔｉｎｇ”第３版第１４章に記載されているのでここでは省略する。尚、計算機の計算によっては被検体の散乱像と吸収像を得ることもできる。
【００５８】
本実施形態では、図１に示したような、格子３によってＸ線を分割することでビームを形成し、格子３の影をＸ線受光面上に直接投影してＸ線受光面上に周期パターンを形成する撮像方法を行うＸ線撮像装置について説明した。格子の影を直接投影する代わりに、トールボット効果を利用してＸ線受光面上に周期パターンを形成しても良い。この方法は、上述のトールボット干渉法である。
【００５９】
トールボット干渉法を用いる場合は、回折格子を用いてトールボット効果によって周期パターンを形成し、この周期パターンが形成される位置付近に検出器５のＸ線受光面を配置する。被検査物はＸ線源と格子の間又は格子と検出器の間に配置する。尚、トールボット効果により生じる周期パターンは、回折格子により回折されたＸ線同士が干渉することにより生じる周期パターンである。これにより、被検査物によるＸ線の屈折の情報を含む周期パターンを検出する。回折格子は、周期的にＸ線を遮蔽するＸ線遮蔽格子（振幅型の回折格子）を用いることもできるし、周期的にＸ線の位相をシフトするＸ線位相格子（位相型の回折格子）を使用しても良い。位相格子の方が遮蔽格子よりも多くのＸ線を透過できるため、Ｘ線量の点で有利である。一般的には、トールボット効果を利用すると格子の影を検出器に直接投影するよりも周期の短い格子や周期パターンを利用することができる。
【００６０】
また、光源サイズの小さなＸ線源を使用する代わりに、Ｌａｕ効果を利用して、線源格子をＸ線源１と格子３の間に配置することで点光源が複数配列した状態を仮想的に形成しても良い。線源格子は、通常、幅の狭いスリットが等間隔に配列した構造を持っている。スリットの間隔を適切に選ぶことにより、個々のスリットを通ったＸ線の形成する周期パターン同士がパターン周期の整数倍だけずれて重なり合うことで、パターンのコントラストを維持しながら強度を向上させることができる。線源格子を使用した場合、Ｘ線源１の光源（焦点）サイズを大きくすることが可能となるため単位時間当たりのＸ線量を増加させることができ、さらに、Ｘ線源位置（焦点位置）の振動による周期パターンのコントラスト低下を防ぐことができる。
【００６１】
本実施形態では格子３として１次元に周期構造を持つ格子を想定したが、格子３及び前述の線源格子は、２次元に周期構造を有していても良い。たとえば、格子が周期方向の互いに９０°異なる２つの周期成分を有する網目状のパターンを有していても良い。このように２次元に周期構造を有する格子を用いると、第１の方向と第１の方向と交差する第２の方向に周期を有する、２次元の周期パターンを形成することができる。
【００６２】
２次元の周期パターンを検出する場合、検出器のＸ線受光面５１の配置により、周期パターンに含まれる第１の方向の周期と第２の方向の周期のうちのどちらの周期を斜入射により拡大してＸ線受光面上に周期パターンを形成するかを選択することができる。
【００６３】
また、第１の方向の周期を斜入射により拡大するためにＸ線受光面を第１の姿勢で配置して周期パターンを検出した後、第２の方向の周期を斜入射により拡大するためにＸ線受光面を第２の姿勢で配置して周期パターンを検出しても良い。こうすることで、周期パターンの２方向の周期を直接検出することができる。これにより、第１の方向に関するＸ線の屈折角度と第２の方向に関するＸ線の屈折角度を計算することができる。尚、Ｘ線受光面の姿勢の第１の姿勢から第２の姿勢への変化は、Ｘ線受光面の姿勢を調節する姿勢調節手段により行えばよい。姿勢調節手段として例えば姿勢調節指令部とその指令部からの信号を受け取りＸ線受光面の姿勢を動かすアクチュエーターを用いることができる。
【００６４】
図１のように、Ｘ線受光面５１を格子３に対して斜めに配置すると、Ｘ線受光面５１と格子３との距離がばらつく。図１では図面の上部は図面の下部よりもＸ線受光面と格子との距離が短い。このように距離にばらつきが生じると、上述の通りＸ線の発散による周期パターンの拡大率にばらつきが生じる。この問題を解決するために、ビーム位置ずれ量算出の際に位置によるパターン周期の違いを補正する措置を取っても良い。あるいは、このＸ線の発散による拡大率を考慮して格子３の周期にあらかじめ勾配をつけることにより、Ｘ線受光面上に形成される周期パターンの周期のばらつきを軽減しても良い。
【００６５】
検出器のＸ線受光面５１を斜入射配置にすると、Ｘ線がＸ線受光面５１に垂直に入射するようＸ線受光面を配置したときよりも検出器の検出範囲が狭くなる。すると、その撮像装置の撮像範囲（実効的写野）が狭くなる。この問題を解決するために、図５（ａ）のように検出器５を移動させて複数回Ｘ線を検出すること（走査）が可能な機構を設けても良いし、図５（ｂ）のように撮像装置に検出器を複数設置しても良い。図５（ａ）に示したＸ線撮像装置は、開口部を有するシャッター７と、シャッターと検出器５を移動させる移動手段として移動指令部８とアクチュエーター９（９ａ，９ｂ）を備えている。移動指令部８とアクチュエーター９により、シャッター７とＸ線受光面５１が図中の矢印の方向に移動する。シャッター７はＸ線受光面に入射する範囲のＸ線のみを開口から透過させ、それ以外のＸ線を遮蔽する。そのため、シャッターがない場合よりも被検査物のＸ線被曝量を低下させることができる。
【００６６】
また、図５（ｂ）に示したＸ線撮像装置のように検出器５（５ａ、５ｂ、５ｃ）を複数設置すると、図５（ａ）のように１つの検出器を移動させて検出を繰り返すよりも検出回数を抑えることができる。また、図５（ｂ）に示したＸ線撮像装置は図５（ａ）に示したＸ線撮像装置同様にＸ線受光面を走査することが可能であり、そのために移動指令部８とアクチュエーター９（９ｃ、９ｄ、９ｅ）を備えている。また、１つのＸ線受光面を有する検出器を複数用いる代わりに、Ｘ線受光面を複数有する検出器を用いても良い。図５（ａ）と図５（ｂ）に示したようなＸ線撮像装置は、図１に示したＸ線撮像装置と比較して撮像範囲を広くすることができる。また、同じ広さの撮像範囲を確保する場合にはより小さなＸ線受光面を有する検出器を用いることができるため、Ｘ線の発散による拡大率とθ２のばらつきを低減することもできる。
【００６７】
図５（ａ）の検出器同様に、格子を移動させて複数回検出を行っても良いが、検出器と格子を同期させて移動させるよりも、検出器のみを移動させる方が装置の構成を簡単にできる。また、格子と光軸のなす角度によってはＸ線源からみた検出範囲の面積よりもＸ線源からみた格子の面積の方が小さくなることも考えられる。この場合、Ｘ線からみた格子の面積により一度に撮像できる範囲が制限されてしまい、撮像回数の増加を招く。これらの理由から、格子の表面が光軸となす角度は４５°以上９０°以下であることが好ましい。また、図５（ｂ）の検出器同様に格子を複数設置しても良いが、この場合も格子の設置個数の増加を防ぐために格子とＸ線の光軸のなす角度は４５°以上９０°以下であることが好ましい。
【００６８】
以上のように、本実施形態のＸ線撮像装置では、検出器のＸ線受光面５１に対しＸ線ビームが斜めに入射（斜入射）するように検出器５を配置することで、従来よりも周期が小さな周期パターンを直接検出することができる。
【００６９】
これにより、格子の影を検出器に直接投影する撮像方法を行う場合は従来よりも間隔が短いＸ線ビームを用いることができる。
【００７０】
また、トールボット法においては、周期パターンの拡大率（斜入射による拡大率とＸ線の発散による拡大率）によっては微細な周期パターンである干渉パターンを直接検出することができる。トールボット法においては、従来干渉パターンに遮蔽格子を組み合わせてモアレを形成し、このモアレを検出する方法が知られているが、遮蔽格子を用いてモアレを形成すると、Ｘ線受光面に届くＸ線量が格子による遮蔽により全体として減少する。更に、多くの場合、検出されるモアレはその元となる周期パターンに比べてコントラストが低下してしまう。さらに、周期パターンからのビームの位置ずれ量算出のために、前述のフーリエ変換法の様に、周期パターンの局所的な強度分布から位置ずれ量を算出する方法を用いる場合、モアレの周期方向に対する撮像装置の空間分解能がモアレの周期によって制限されてしまう。
【００７１】
本実施形態のＸ線撮像装置を用いて干渉パターンを直接検出すると、Ｘ線撮像装置の構成が簡単になるだけでなく、上述のような課題を解決することも可能である。
【実施例】
【００７２】
［実施例１］
本発明の第１の実施例であるＸ線撮像装置について説明する。本実施例のＸ線撮像装置は上述の第１実施形態の一実施例である。
【００７３】
本実施例においては、Ｘ線源１としてタングステンターゲットを用いた回転対陰極型Ｘ線源を使用し、管電圧３５ｋＶにおいてコーンビーム状のＸ線を発生させる。また、低エネルギー成分を遮断するため、厚さ１ｍｍのアルミニウム板をＸ線に対するフィルターとして使用する。Ｘ線源１より１．１ｍ離れた位置に、格子３の中心部においてＸ線が垂直に入射する角度で格子３を配置する。格子３はスリットが一定の周期で一列に並んだ１次元格子であり、スリット幅は１０μｍ、周期は２０μｍとする。また、格子３のＸ線遮蔽部は、厚さ１００μｍの金とする。格子３の下流に検出器５のＸ線受光面を配置する。Ｘ線受光面はその中心に入射するＸ線シートビームに対してθ１及びθ２がそれぞれθ１＝９０°、θ２＝９．６°となる角度に配置する。また、Ｘ線受光面の中心が、格子３の０．５ｍ下流に位置するように配置する。検出器５は間接変換型フラットパネル検出器であり、シンチレーター層の厚さは１２μｍ、ピクセルサイズは４５μｍとする。また、格子３の１ｍ上流、つまり、Ｘ線源から０．１ｍの位置に線源格子を線源格子の中心においてＸ線が垂直に入射する角度で配置する。線源格子は格子３と同様の１次元格子であり、Ｘ線遮蔽部は厚さ１００μｍの金であるものとする。ただし、線源格子のスリット幅は１５μｍ、周期は６０μｍとする。被検査物４は、格子３の下流側に設置する。
【００７４】
上記の撮像装置を用いて被検査物４を配置しない状態で撮像を行った場合、Ｘ線受光面上において回折による顕著な周期パターンのパターン変化は起こらず、格子３の影が概ねそのままＸ線受光面上に投影された形状の周期パターンがＸ線受光面上に形成される。線源格子の個々のスリットを通ったＸ線が放射状に広がるため、Ｘ線受光面の中心において、入射方向に垂直な面内におけるパターン周期（図２中におけるｐ０）は３０μｍに拡大される。第１実施形態に記載の斜入射による拡大率Ｍについては、θ１及びθ２の値からＭ＝６．０と計算されることから、Ｘ線受光面の中心付近において検出される周期パターンの周期は約１８０μｍとなる。したがって、この周期パターンは、検出器５のシンチレーター層の厚さとピクセルサイズから検出可能であると考えられる。
【００７５】
本実施例の撮像装置に被検査物４を配置してＸ線の検出を行い、その検出結果を元に、フーリエ変換法を用いてビームの位置ずれ量の解析を行うことで位相回復処理を行う。すると、被検体を透過したＸ線の位相シフト量分布を基にした被検査物４の像（微分位相像又は位相像）を得ることができる。また、必要に応じて、被検査物の散乱像や吸収像を得ることもできる。
【００７６】
以上、本発明の好ましい実施形態及び実施例について説明したが、本発明はこれらの実施形態及び実施例に限定されず、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。
【符号の説明】
【００７７】
１  Ｘ線源
２  Ｘ線
３  格子
４  被検査物
５  検出器
２１０  Ｘ線の光軸
【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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