Ｘ線撮像装置
【課題】 光軸から離れた領域におけるＸ線位相コントラストの計測精度を従来のＸ線撮像装置よりも向上させることが可能なＸ線撮像装置を提供する。
【解決手段】 Ｘ線撮像装置は、Ｘ線源からの発散Ｘ線を回折することで干渉パターンを形成する回折格子と、干渉パターンの一部を遮蔽する遮蔽格子と、遮蔽格子を経たＸ線を検出する検出器と、角度可変手段とを備える。
角度可変手段は、回折格子と遮蔽格子と検出器と、光軸とがなす角度を変化させる。また、検出器は、角度可変手段による回折格子と遮蔽格子と検出器と、光軸とがなす角度の変化に応じてＸ線の検出を行う。
【解決手段】 Ｘ線撮像装置は、Ｘ線源からの発散Ｘ線を回折することで干渉パターンを形成する回折格子と、干渉パターンの一部を遮蔽する遮蔽格子と、遮蔽格子を経たＸ線を検出する検出器と、角度可変手段とを備える。
角度可変手段は、回折格子と遮蔽格子と検出器と、光軸とがなす角度を変化させる。また、検出器は、角度可変手段による回折格子と遮蔽格子と検出器と、光軸とがなす角度の変化に応じてＸ線の検出を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検査物のＸ線位相像を計測するＸ線撮像装置、および該Ｘ線撮像装置を適用した被検査物の透過波面を計測する波面計測装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
１９９０年代より、被検査物により生じるＸ線の位相差を利用した位相コントラスト法の研究が行なわれている。Ｘ線位相コントラスト法の一つとして特許文献１に記載されたタルボ干渉を利用したＸ線位相コントラスト法（以下、Ｘ線タルボ干渉法と呼ぶことがある。）がある。Ｘ線タルボ干渉法は、Ｘ線を発生するＸ線源、Ｘ線を回折し、タルボ効果による干渉パターン（以後、自己像と呼ぶ）を形成する回折格子、およびＸ線の強度分布を取得するＸ線検出器から構成される。Ｘ線源と回折格子の間または回折格子と検出器の間に被検査物を配置すると、自己像が被検査物により変調を受ける。被検査物により変調を受けた自己像を検出器で検出すると、被検査物の情報を得ることができる。
【０００３】
また、一般に、自己像は非常に周期が小さいため、自己像を直接検出することが難しいことがある。そこで、自己像が形成される位置に遮蔽格子を配置する方法が提案されている。遮蔽格子は自己像を形成するＸ線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れば、被検査物の情報を得ることができる。
【０００４】
回折格子として、一般的に位相を変調する位相格子を用いることが多い。位相格子は位相基準部と位相シフト部が周期的に配列しており、位相シフト部はＸ線が入射することでＸ線の位相が所望の量シフトするような厚みを持つ。
【０００５】
一方遮蔽格子はＸ線を透過する透過部とＸ線を遮蔽する遮蔽部とが周期的に配列しており、遮蔽部は入射したＸ線を遮蔽するのに十分な厚みを持つ。
【０００６】
このように、回折格子と遮蔽格子はその機能を有するために必要な厚みを持つ位相シフト部または遮蔽部が細かいピッチで配列している。そのため、位相シフト部と遮蔽部は大きなアスペクト比を持つことになる。また、撮像範囲を大きくするためには、大きなサイズの回折格子および遮蔽格子を用いること必要がとなる。これら格子は光軸から離れた領域ほどＸ線がアスペクト比の大きい位相シフト部または遮蔽部に斜めに入射する。よって、これら格子の大きさと位相シフト部または遮蔽部のアスペクト比によっては格子本来の機能を果たさず、形成される自己像またはモアレのコントラストが著しく低下することがある。その結果、光軸から離れた領域ほどＸ線位相コントラストの計測精度が劣化する。
【０００７】
これに対処する方法として特許文献１には、回折格子の位相シフト部と遮蔽格子の遮蔽部を格子面に垂直ではなく、入射Ｘ線に平行になるようにＸ線源の方向に向かうように加工することが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】公開特許公報２００７−２０３０６６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１に記載の回折格子と遮蔽格子は位相シフト部と遮蔽部を格子面内の位置に依存した特定の方向に向ける必要があるので、製作するのは容易ではない。そこで本発明は、位相シフト部と遮蔽部が格子面に垂直な回折格子と遮蔽格子を使用しても、光軸から離れた領域におけるモアレのコントラストを従来のＸ線撮像装置よりも向上させることが可能なＸ線撮像装置を提供することを目的としている。尚、位相シフト部と遮蔽部が格子面に垂直な回折格子と遮蔽格子は、特許文献１に記載の回折格子と遮蔽格子よりも製作が容易である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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、Ｘ線源からの発散Ｘ線を回折することで干渉パターンを形成する回折格子と、前記干渉パターンの一部を遮蔽する遮蔽格子と、前記遮蔽格子を経たＸ線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、前記回折格子と前記遮蔽格子と前記検出器と、光軸とがなす角度を変化させる角度可変手段を備え、前記検出器は、前記回折格子と前記遮蔽格子と前記検出器と、前記光軸とがなす角度の変化に応じて前記Ｘ線の検出を行うことを特徴とする。
【００１１】
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】
【００１２】
本発明に記載のＸ線撮像装置によれば、光軸から離れた領域におけるＸ線位相コントラストの計測精度を従来のＸ線撮像装置よりも向上させることが可能な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】
【００１３】
【図１】本発明の実施例１に係るＸ線撮像装置を説明する図である。
【図２】本発明の実施形態１の原理を説明する図である。
【図３】本発明の実施形態１の原理を説明する図である。
【図４】本発明の実施形態２の原理を説明する図である。
【図５】本発明の実施例１に係る位相格子のパターンの一部を表す図である。
【図６】本発明の実施例１に係る自己像の一部を表す図である。
【図７】本発明の実施例１に係る遮蔽格子のパターンの一部を表す図である。
【図８】本発明の実施例１に係るモアレを表す図である。
【図９】図８のモアレの中央を通る水平直線上の強度分布を表す図である。
【図１０】本発明の実施例１に係るモアレを表す図である。
【図１１】本発明の実施例１に係る平均画像を表す図である。
【図１２】図１１の平均画像の中央を通る水平直線上の強度分布を表す図である。
【図１３】本発明の実施例２に係るＸ線撮像装置を説明する図である。
【図１４】本発明の実施例２に係るＸ線マスクの構造を表す図である。
【図１５】本発明の実施例２に係るモアレを表す図である。
【図１６】図１５の画像の中央を通る水平直線上の強度分布を表す図である。
【図１７】本発明の実施例２に係る平均画像を表す図である。
【図１８】図１７の平均画像の中央を通る水平直線上の強度分布を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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。
【００１５】
（実施形態１）
上記目的を達成するため、本出願に係る実施形態１は以下の特徴を有している。
【００１６】
本実施形態のＸ線撮像装置は、Ｘ線源と、Ｘ線源からのＸ線を回折して干渉パターンを形成する回折格子と、干渉パターンの一部を遮蔽する遮蔽格子と、遮蔽格子を経たＸ線を検出する検出器を備える。尚、本実施形態において遮蔽格子と検出器は固定されている。さらに本実施形態のＸ線撮像装置は、回折格子と遮蔽格子と検出器のそれぞれと光軸がなす角度を変化させる角度可変手段として、回折格子と接続されたアクチュエーターと、遮蔽格子と接続されたアクチュエーターを備える。回折格子と接続されたアクチュエーターは回折格子を移動させることで回折格子と光軸がなす角度を変化させる。一方、遮蔽格子と接続されたアクチュエーターは遮蔽格子と、遮蔽格子と固定された検出器を移動させることで遮蔽格子と検出器のそれぞれと光軸がなす角度を変化させる。
尚、本明細書において光軸（Ｘ線軸）とは、光束（Ｘ線束）の中心を指す。
【００１７】
また、検出器による検出結果は演算手段である計算機によって解析され、被検査物の情報が算出される。
【００１８】
以下、各構成について説明をする。
【００１９】
本実施形態の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線源を用いてもよい。また、Ｘ線源から出射した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または波長選択フィルタを配置してもよい。本明細書では、線源格子または波長選択フィルタを用いる場合、線源格子または波長選択フィルタもＸ線源の一部であるとみなす。Ｘ線源から出射される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必要があるため、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。また、Ｘ線源から出射するＸ線は、発散Ｘ線である。尚、本明細書においてＸ線とはエネルギーが２〜１００ｋｅＶの電磁波を指す。
【００２０】
Ｘ線源から出射したＸ線は、被検査物を透過すると被検査物の屈折率及び形状に応じて位相が変化する。尚、被検査物は、Ｘ線源と回折格子の間に配置しても、回折格子と遮蔽格子の間に配置しても良い。
【００２１】
本実施形態の回折格子は位相型の回折格子（以下、位相格子と呼ぶことがある。）であり、Ｘ線の照射を受けて明部と暗部が周期的に配列された自己像を形成する。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線量の損失が少ないので有利である。本実施形態の位相格子は位相シフト部と位相基準部が直交する２方向に配列した２次元の位相格子であり、Ｘ線の照射を受けて２次元の干渉パターンを形成する。位相シフト部を透過したＸ線は位相基準部を透過したＸ線と比較すると、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ラジアンの位相格子が良く用いられるが、その他のシフト量の位相格子を用いることもできる。位相格子を構成する材料は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。
【００２２】
また、位相格子はアクチュエーターと接続され、アクチュエーターによって位相格子上の点を中心として位相格子が回転することにより、位相格子と光軸がなす角度が変化する。
【００２３】
本実施形態の遮蔽格子はＸ線を透過する透過部とＸ線を遮蔽する遮蔽部が２次元周期的に配列した２次元の遮蔽格子である。尚、遮蔽部はＸ線を完全に遮蔽しなくても良い。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線を遮蔽する必要がある。遮蔽格子の周期は回折格子によって遮蔽格子上に形成される干渉パターンの周期と同一または僅かに異なる値をとることができ、形成したいモアレの周期によって決めることができる。
尚、本明細書におけるモアレとは、その周期が無限長か、もしくは無限長に限りなく近い場合も含む。
【００２４】
Ｘ線タルボ干渉法により形成された自己像の周期は一般的なＸ線の検出器の空間分解能よりはるかに微細であるため、直接自己像の強度分布を検出することは難しい。そこで、自己像と少し周期の異なる遮蔽格子を用いるか、あるいは自己像と同じ周期の遮蔽格子を遮蔽格子面内で僅かに回転させることで自己像よりも周期の大きなモアレを発生させ、これを検出器で取得する。モアレは被検査物による自己像のパターン変化を保存しているので、検出器で取得したモアレを計算機により解析することで被検査物による自己像の変化に関する情報を得ることができる。
【００２５】
位相格子と遮蔽格子の距離Ｚ１は、遮蔽格子上で明瞭な自己像を生じさせるために以下のタルボ条件の式（１）を満たしている。
【００２６】
【数１】
【００２７】
式（１）において、Ｚ０はＸ線源と位相格子の距離、λはＸ線の波長、ｄは位相格子の格子周期である。位相基準部と位相シフト部が１次元的に配列している１次元位相格子の場合、位相シフト量がπ／２の位相格子（以後、π／２位相格子と呼ぶ）の場合はＮはｎ−１／２で表される実数である。位相シフト量がπの位相格子（以後、π位相格子と呼ぶ）の場合はＮはｎ／４−１／８として表される実数である。但し、ｎは自然数である。位相基準部と位相シフト部が市松格子状に配列している位相格子では、Ｎはπ／２位相格子の場合はｎ／２−１／４、π位相格子の場合はｎ／４−１／８である。但し、格子周期ｄは位相基準部の中心と位相シフト部の中心の距離の２倍とする。
【００２８】
遮蔽格子も位相格子同様アクチュエーターと接続され、遮蔽格子上の点を中心として遮蔽格子が回転することにより、遮蔽格子と光軸がなす角度が変化する。
【００２９】
検出器は、Ｘ線によるモアレの強度分布を検出することのできる撮像素子（例えばＣＣＤ）を有する。また、本実施形態の検出器は遮蔽格子と平行を保った状態で遮蔽格子と固定されており、遮蔽格子に接続されたアクチュエーターによって検出器上の点を中心として検出器が回転することにより、検出器と光軸がなす角度が変化する。
検出器は、回折格子と遮蔽格子と検出器のそれぞれと光軸がなす角度の変化に応じてＸ線の検出を行う。
【００３０】
演算手段である計算機は、検出器によるモアレの検出結果に基づいて被検査物によるモアレの変化に関する情報を算出する。その結果例えば被検査物の位相像または微分位相像を得ることができる。更に計算機に画像表示部を接続し、算出結果に基づく画像を画像表示部に表示することもできる。
【００３１】
計算機による計算方法の一例を簡単に説明する。
【００３２】
Ｘ線が被検査物を通過すると、被検査物の屈折率分布に応じてＸ線の位相が変化する。この、Ｘ線の位相変化の空間的な分布が被検査物の位相像である。
【００３３】
Ｘ線の進行方向はＸ線の位相の空間微分に比例し、自己像のパターンの位置変化はＸ線の進行方向変化に比例する。したがって、検出器で検出したＸ線の強度分布にフーリエ変換法を利用すれば、被検査物の位相像の空間微分（以後、微分波面と呼ぶ）を求めることができる。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、ここでは概要を説明するに留める。検出器による検出結果である強度分布を２次元フーリエ変換して得られた周波数スペクトルには、強度分布の基本周期成分（以後キャリアパターンと呼ぶ）の周波数（以後キャリア周波数と呼ぶ）と数多くのその高調波成分に相当するピークが生じる。キャリア周波数に相当するピークの周辺を切り出してフーリエ空間の中心に移動する。さらにこれを逆フーリエ変換したものの位相成分を求めることで測定すべき波面の一方向の微分波面、即ち被検査物の微分位相像が得られる。被検査物の位相像を復元するにはこの微分位相像を微分方向に積分する。ただし、通常これだけでは微分方向と直交する方向の波面の変化に関しては算出することができない。これに関しては、もう一方のピークに関しても同様の処理を実施し直交する２方向の微分波面を得ることで解決することができる。尚、計算機による計算方法は上記に示した方法に限定されるものではなく、例えば窓フーリエ変換を用いたものでも良いし、位相シフト法（縞走査法）を用いたものでも良い。
【００３４】
角度変調手段である、位相格子と接続されたアクチュエーターと遮蔽格子と接続されたアクチュエーターによる、位相格子と遮蔽格子と検出器の回転と、回折格子と遮蔽格子と検出器のそれぞれと光軸がなす角度の変化について図２と図３を用いて説明をする。
【００３５】
なお、位相格子、遮蔽格子、検出器を移動させるには、位相格子と遮蔽格子のそれぞれに接続されたアクチュエーターを用いるが、原理の説明には不要なので記載を省略する。図２と図３において、Ｘ線源１からのＸ線が被検査物３を透過し、被検査物３を透過したＸ線を位相格子４が回折し、自己像１００が遮蔽格子５上に形成される。遮蔽格子５上に形成された自己像１００の一部が遮蔽格子５の遮蔽部に遮蔽されることでモアレが形成し、そのモアレを検出器６で検出する。また、位相格子４、遮蔽格子５、検出器６は、それぞれのＸ線照射範囲の中心が、光軸２０とそれぞれとの交点と一致するように配置されている。そして、その光軸２０との交点を回転中心として位相格子４、遮蔽格子５、検出器６のそれぞれが回転することにより、位相格子４、遮蔽格子５、検出器６のそれぞれと光軸２０がなす角度が変化する。
【００３６】
図２において、位相格子４と遮蔽格子５と検出器６のそれぞれは光軸２０に対して垂直に配置されている。
【００３７】
この時、位相格子４、遮蔽格子５、検出器６のそれぞれと光軸２０がなす角度は９０度であり、本実施形態ではこの９０°を第１の角度として以下説明を行う。位相格子４、遮蔽格子５、検出器６がこのように配置されているとき、遮蔽格子上のＸ線照射範囲の中心Ｑ０（以後、遮蔽格子の中心と呼ぶことがある。尚、遮蔽格子の中心は光軸２０と遮蔽格子の交点である。）と、位相格子上のＸ線照射範囲の中心Ｐ０（以後位相格子の中心と呼ぶことがある。尚、位相格子の中心は光軸２０と位相格子の交点である。）に対して光軸２０上のＸ線（以後、中心Ｘ線と呼ぶことがある。）が垂直に入射する。そのため、位相格子の中心Ｐ０において位相基準部または位相シフト部の厚み方向と光軸上のＸ線の進行方向が一致し、同様に遮蔽格子の中心Ｑ０において遮蔽部または透過部の厚み方向と中心Ｘ線の進行方向が一致する。すると、遮蔽格子の中心Ｑ０に入射した中心Ｘ線は検出器６上にコントラストが明瞭なモアレを形成する。一方、光軸以外を通る光束の端部のＸ線（以後、周辺Ｘ線と呼ぶことがある。）２１は位相格子上のＰ１と遮蔽格子上のＱ１に対して斜めに入射するためこれら格子が本来の機能を果たしきれず、位相のシフト量がばらついたり、透過すべきＸ線が透過できなくなったりする。同様に、周辺Ｘ線２２は位相格子上のＰ２と遮蔽格子上のＱ２に対して斜めに入射するため、位相のシフト量がばらついたり、透過すべきＸ線が透過できなくなったりする。その結果、光軸２０から離れた領域ほど検出器上に形成されるモアレのコントラストが低下する。
【００３８】
Ｑ１におけるコントラストを明瞭にするには、図２の状態から遮蔽格子５の中心Ｑ０を回転中心として角度θ回転させる。角度θは、式（２）に示す量である。
【００３９】
【数２】
【００４０】
尚、本実施形態は遮蔽格子の中心Ｑ０を回転中心として遮蔽格子を回転させたため、Ｑ０Ｑ１を用いてθを示したが、回転中心が遮蔽格子の中心でない場合、式（２）のＱ０Ｑ１に代わりに回転中心とＱ１の距離を用いればθを算出できる。検出器６は遮蔽格子５と平行に固定されているため、検出器６も遮蔽格子の中心を回転中心として角度θ回転する。また、位相格子４も遮蔽格子５と同様にＸ線照射範囲の中心Ｐ０を回転中心として角度θ回転させる。これにより、位相格子４、遮蔽格子５、検出器６のそれぞれは図３のように光軸２０と（９０°−θ）の角度をなし、本実施形態ではこの（９０°−θ）を第２の角度として以下説明を行う。すると、位相格子４と遮蔽格子５に周辺Ｘ線２１が位相格子のＰ１１と遮蔽格子のＱ１１において垂直に入射する。
【００４１】
位相格子４、遮蔽格子５、検出器６が光軸２０に対して垂直に配置されているときの中心Ｘ線同様に、位相格子４、遮蔽格子５、検出器６が光軸２０に対して角度θで配置されているときの周辺Ｘ線２１は検出器上にコントラストの高いモアレを形成する。
【００４２】
また、図３のように光軸に対して位相格子４、遮蔽格子５、検出器６を傾けても位相格子と遮蔽格子は平行に保たれている。よって、図２の状態で遮蔽格子５上の任意の点Ｑｒに入射するＸ線が位相格子４のＰｒを透過するとすれば、図３の状態でも点Ｑｒに向かうＸ線は点Ｐｒを通過する。遮蔽格子と検出器も平行に固定されているため、図３の状態においてＸ線検出器６で検出されるモアレの明暗の位置は図２の状態において検出される位置と不変である。この際、タルボ条件の式（１）を厳密には満たさなくなるが、Ｘ線タルボ干渉法においてθは数度程度なので自己像のコントラストの劣化はわずかで問題はない。
【００４３】
本実施形態では、以上のように、位相格子４と遮蔽格子５と検出器６を平行に保ったまま夫々を回転させ、相格子４と遮蔽格子５と検出器６のそれぞれと光軸２０のなす角度を変化させる。これにより、モアレの明暗の位置を変えることなくモアレのコントラストの良好な場所を検出器の受光面内で移動させることができる。検出器６のよるＸ線検出中（露光中）に上記のような方法でコントラストの良好な場所を検出器の受光面内で移動させると、検出器の受光面内でのコントラストのばらつきを軽減することができる。その結果、受光面の周辺部で検出されるモアレのコントラストを従来よりも向上させることができる。尚、従来とは、位相格子と遮蔽格子と検出器を図２のように配置した状態でのみＸ線の検出を行う撮像装置のことを指す。また、位相格子、遮蔽格子、検出器のそれぞれと光軸のなす角度の変化とＸ線の検出を交互に行うと、複数回の検出結果を合成することにより、周辺部で検出されるモアレのコントラストを従来よりも向上させることができる。
【００４４】
（実施形態２）
本実施形態は、位相格子に接続されたアクチュエーターと遮蔽格子に接続されたアクチュエーターが、回折格子と遮蔽格子と検出器のそれぞれと光軸がなす角度の変化に伴って回折格子と遮蔽格子と検出器のそれぞれを光軸に沿って移動させる点で実施形態１と異なる。これにより、実施形態１よりも正確に（ぼけを小さく）被検査物を撮像することができる。以下、実施形態１と異なる点について図６を用いて説明をする。
【００４５】
実施形態１では、位相格子４と遮蔽格子５と検出器６を平行に保ったままそれぞれと光軸２０がなす角度を変えることで、モアレの明暗の位置を変えることなくモアレのコントラストの良好な場所を検出器の受光面内で移動させた。しかしながら、図３のように、Ｐ１とＰ１１、Ｑ１とＱ１１が一致しない。つまり、被検査物の同一の箇所を通過したＸ線（ここでは周辺Ｘ線２１）が位相格子と遮蔽格子の回転によって位相格子と遮蔽格子の異なる箇所（ここでは、Ｐ１とＰ１１、Ｑ１とＱ１１）に入射する。そのため、角度θに応じてＸ線検出器６上で被検査物３の像の位置が変化する現象（以後、像ずれと呼ぶ）が生じる。像ずれ量Δｘを被検査物３上の距離で定義すれば、Ｘ線源１と被検査物３の距離をＬ０としてΔｘ＝（Ｑ０Ｑ１−Ｑ０Ｑ１１）Ｌ０／Ｌ２、Ｑ０Ｑ１＝Ｌ２ｔａｎθ、Ｑ０Ｑ１１＝Ｌ２ｓｉｎθより、式（３）で表すことができる。
Δｘ＝Ｌ０（ｔａｎθ−ｓｉｎθ）……式（３）
【００４６】
例えば、Ｌ０＝１０００ｍｍ、被検査物サイズ２００ｍｍとすれば、被検査物の端部ではθ＝ｔａｎ−１（２００／２／１０００）＝５．７°なので式（３）より像ずれ量Δｘは０．５ｍｍとなり、微細な構造を観察する場合には無視できない量となることもある。尚、図３の配置にある時、Ｑ１の対称位置であるＱ２の側ではさらに大きな量の像ずれが生じるが、Ｑ２周辺を透過したＸ線が形成するモアレはコントラストが低い（Ｑ２周辺を透過するＸ線量は少ない）ので、得られる検出結果に与える像ずれの影響は無視できる。本実施形態を用いると、実施形態１よりも像ずれを軽減できる。図４は、本実施形態により像ずれを軽減する原理を説明する図である。本実施形態では、実施形態１の図３に示した状態から角度θに応じて遮蔽格子と位相格子を光軸２０に沿って平行移動させる。遮蔽格子の移動量ΔＬ２、回折格子の移動量ΔＬ１をそれぞれ式（４）、式（５）に示した。
【００４７】
【数３】
【００４８】
【数４】
【００４９】
尚、角度θ２は遮蔽格子と光軸のなす角度、角度θ１は位相格子と光軸のなす角度であり、本実施形態ではθ１＝θ２＝θである。また、遮蔽格子と検出器が固定されていない場合、同様に検出器の移動量ΔＬ３は、
【００５０】
【数５】
【００５１】
である。尚、角度θ３は検出器と光軸のなす角度、Ｌ３はＸ線源と検出器の距離である。本実施形態のように遮蔽格子と検出器が接するくらい近くに配置されている場合、遮蔽格子の厚みがあるため厳密にはＬ２≠Ｌ３であるが、Ｌ２とＬ３の差が非常に小さいためＬ２＝Ｌ３とみなし、θ２＝θ３であればΔＬ２＝ΔＬ３として良い。平行移動後の遮蔽格子と周辺Ｘ線２１の交点Ｑ１１と遮蔽格子の中心Ｑ０との距離Ｑ０Ｑ１１は式（７）で表される。
Ｑ０Ｑ１１＝（Ｌ２＋ΔＬ２）ｓｉｎθ＝Ｌ２ｔａｎθ……式（７）
図２から分かるようにＱ０Ｑ１＝Ｌ２ｔａｎθであるからＱ０Ｑ１１＝Ｑ０Ｑ１となり、Ｑ１１はＱ１と一致する。したがって、像ずれは生じない。
同様に、平行移動後の位相格子と周辺Ｘ線２１の交点Ｐ１１と位相格子の中心Ｐ０との距離Ｐ０Ｐ１１は式（８）で表される。
Ｐ０Ｐ１１＝（Ｌ１＋ΔＬ１）ｓｉｎθ＝Ｌ１ｔａｎθ……式（８）
図２から分かるようにＰ０Ｐ１＝Ｌ１ｔａｎθであるからＰ０Ｐ１１＝Ｐ０Ｐ１となり、Ｐ１１はＰ１と一致する。これより、平行移動後において遮蔽格子のＱ１に到達するＸ線は位相格子のＰ１を通過していることが分かる。これは図２における状況と同じなので、検出器上６に形成されるモアレの位置も図２で示す状態と図４で示す状態では変化しない。
【００５２】
以上説明したように、検出器６と一体化した遮蔽格子５と、位相格子４を式（２）、式（４）、式（５）を同時に満足するように移動すると、モアレの明部と暗部の位置を変えずに、検出器の受光面上でモアレのコントラストの高い場所を任意に選ぶことができる。さらにコントラストが高い場所（検出器に対してＸ線が垂直に入射する箇所（図４において周辺Ｘ線２１と検出器との交点）とその近辺）においては像ずれが発生することもない。したがって検出器６によるＸ線検出中に上述の原理に基づいてコントラストの良好な場所をＸ線検出器の受光面内で移動させることで、比較的大きな被検査物でも１回の検出の結果から、被検査物の位相像の取得が可能となる。これを実現するために本実施形態のＸ線撮像装置は、検出器６によるＸ線検出中に、位相格子４と遮蔽格子５に上述の回転移動と光軸に沿った移動をさせている。また、遮蔽格子と固定された検出器６も同様に移動される。
【００５３】
また、実施形態１よりも像ずれを軽減する方法として位相格子、遮蔽格子、検出器を回転させる回転中心をずらしていく方法もある。
【００５４】
図２の状態から、遮蔽格子５と周辺Ｘ線２１との交点Ｑ１を回転中心として遮蔽格子５をθ回転させる。同様に位相格子４と周辺Ｘ線２１との交点Ｐ１を回転中心として位相格子４をθ回転させる。すると、周辺Ｘ線２１が位相格子と遮蔽格子に入射する位置は図２の位置と変化しないまま、位相格子と遮蔽格子に対して周辺Ｘ線が垂直に入射する。このように、Ｘ線を垂直に入射させたい位置を回転中心として位相格子と遮蔽格子を回転させ、位相格子と遮蔽格子の回転中心をそれぞれの格子上で移動させることで、検出器上に形成されるモアレのコントラストの高い場所を任意に移動させることができる。但し、この方法だと、原理的には回転中心を透過したＸ線は像ずれを起こさないが、回転中心から離れるにしたがって像ずれが起きる。回転中心から離れるにしたがってモアレのコントラストが低下するため、この像ずれが検出結果に与える影響は無視できる可能性もあるが、図４を用いて説明した光軸に沿った移動を伴う方法よりも像ずれが検出結果に与える影響は大きいと考えられる。
【００５５】
（実施例１）
本実施例では、実施形態２のＸ線撮像装置についてシミュレーションを行った例について図１を用いて説明する。図１は本実施例の構成を表しており、Ｘ線源１からのＸ線２が被検査物３を透過し、被検査物３を透過したＸ線を位相格子４が回折し、遮蔽格子５上に形成された自己像の一部が遮蔽格子５に遮蔽されることでモアレが形成し、そのモアレを検出器６で検出する。検出器６は遮蔽格子５と平行を保ちつつ固定される。また、検出器６による検出は、検出器指令部７により検出器に送られる信号に従って行われる。また検出器６による検出結果は演算手段である計算機８に送られ、被検査物の微分位相像が算出される。
【００５６】
位相格子４はアクチュエーター４１によって位相格子の中心を回転中心として回転する。これにより位相格子と光軸がなす角度が変化し、それに伴って位相格子が光軸に沿って移動することでＸ線源との距離が変化する。
【００５７】
また、位相格子４同様に、遮蔽格子５に接続されたアクチュエーター５１により遮蔽格子５と検出器６のそれぞれと光軸がなす角度と、遮蔽格子５と検出器６のそれぞれとＸ線源との距離が変化する。
【００５８】
位相格子と接続されたアクチュエーター４１、遮蔽格子と接続されたアクチュエーター５１、検出器指令部７の動作は主指令部９により同期させられる。
【００５９】
上記構成において具体的な数値を例示して本実施例について詳細に説明する。Ｘ線源１から発するＸ線２のエネルギーは３０ＫｅＶとした。Ｘ線２は、被検査物３を通過し、被検査物３の屈折率分布に応じた位相変化を受ける。その後、位相格子４、遮蔽格子５を順に通過し検出器６に入射する。
【００６０】
被検査物３はなるべく観察領域が広くなるよう位相格子４の直前に配置する。
【００６１】
位相格子４の格子領域は人体の特定の部位、例えば乳房や膝関節を一度に観察することを考えて一辺が１２０ｍｍの正方形とした。また、Ｘ線源１から位相格子４までの距離（Ｌ１）は１０００ｍｍとした。
【００６２】
位相格子４のパターンの一部を図５に示した。位相格子４は図５に示したように、位相シフト部４０１と、位相基準部４０２が市松格子上に配置されており、その周期は隣り合う位相シフト部の中心間の距離ｄ１として３．０μｍとした。また、位相格子４はＸ線の透過率が大きいシリコンを用い、格子面に周期的に凸部を設けることで位相シフト部４０１と位相基準部４０２を形成した。位相格子４はπ／２位相格子なので、凸部の高さは、位相シフト部である凸部を通ったＸ線と位相基準部である凸部の間を通ったＸ線の位相差がπ／２となる値である。本実施例の場合、シリコンの３０ＫｅＶのＸ線におけるシリコンと空気の屈折率差が５．３７×１０−７なので、凸部の高さは１９μｍである。
【００６３】
位相格子４と遮蔽格子５の距離は、式（１）においてＺ０を１０００ｍｍ、３０ＫｅＶのＸ線の波長としてλを０．０４１３ｎｍ、ｄを３μｍ、Ｎを１／２とした時のＺ１の値である１２２ｍｍとした。また、初期調整として、Ｘ線源１から照射されるＸ線の光軸が、位相格子４と遮蔽格子５の中心を通るように配置され、さらにそれらの中心に中心Ｘ線が垂直に入射するようにした。
【００６４】
図６（ａ）、（ｂ）は、この状態において遮蔽格子上に生じた自己像の一部を表したもので、図６（ａ）は遮蔽格子の中心部周辺に形成される自己像であり、図６（ｂ）は遮蔽格子の左上端部周辺に形成される自己像である。自己像の明部４１０と暗部４２０が市松格子状に配列され、自己像の周期ｐは（Ｚ０＋Ｚ１）／Ｚ０×３μｍ＝３．３７μｍである。位相格子４の中心部ではＸ線が位相格子４に垂直に入射するので自己像は位相格子４のパターンをほぼ忠実に再現しているが、位相格子の中心部から離れた部分ではＸ線が位相格子４に斜めに入射するため、位相シフト部の凸部の高さの影響で自己像が歪んでいる。尚、本実施例ではπ／２位相格子を採用したが、π位相格子を採用してもよい。ただしその場合は、その凸部の高さが２倍になるので自己像の歪みは大きくなる。
【００６５】
遮蔽格子５の格子領域は、位相格子４を透過したＸ線の照射領域から、一辺が１３５ｍｍの正方形とした。遮蔽格子５の材料はＸ線の吸収率が大きい金であり、表面に周期的に凸部を設けることでＸ線の透過率が周期的に変化するようにしている。凸部を通ったＸ線と凸部の間を通ったＸ線の強度比が０．０５となるように、金の３０ＫｅＶのＸ線における消衰係数１．６５×１０−７より凸部の高さは６０μｍとした。遮蔽格子５のパターンは、図７に示すように遮蔽部５０１と透過部５０２が井桁格子状に配列しており、遮蔽部の幅と透過部の幅の比は１：１とした。尚、遮蔽部は凸部が形成された部分であり、透過部は、凸部の間の部分である。遮蔽格子の周期は自己像の周期と僅かに変えることで、検出器６の分解能よりも大きい周期を持つモアレを発生させている。本実施例では周期が８０μｍのモアレを発生させるために、遮蔽格子５の周期ｄ２を３．５１μｍとした。尚、検出器６の画素周期は２０μｍとするとモアレの周期が検出器の４画素分になり、上記フーリエ変換法で解析するのに適している。
【００６６】
本実施例の撮像装置において、Ｘ線源、位相格子、遮蔽格子が上記初期調整の位置に配置されているとき、遮蔽格子５の格子領域の端部における入射Ｘ線の傾きは（１３５ｍｍ／２）／（１０００ｍｍ＋１２２ｍｍ）＝６７．５／１１２２であり、凸部の高さが６０μｍである。尚、ここでは端部とは上下左右のいずれかの方向における端部のことを指し、四隅のことではない。入射Ｘ線と凸部の高さから、少なくとも遮蔽格子５の格子領域の端部では、本来遮蔽格子を透過すべきＸ線が透過部を通り抜けることができなくなり、結果として光軸から離れた領域ほどモアレのコントラストが低下する。
【００６７】
図８は、Ｘ線源、位相格子、遮蔽格子が上記初期調整の位置に配置されている状態、つまり位相格子４の中心と遮蔽格子５の中心に対してＸ線が垂直に入射する状態において、検出器６で検出されるモアレのシミュレーション結果である。ただし被検査物は入れておらず、またシミュレーションの制約上、検出器の画素サイズを２．１ｍｍとし、さらにコントラストの分布が分かりやすいように周期が１５ｍｍのモアレを発生させた。図９は、図８で示した画像の中央付近を通る水平直線Ａ１Ａ２上における強度分布を表しており、縦軸が強度、横軸が位置を示している。図９は、モアレのコントラストは光軸との交点周辺においては明瞭だが、光軸から離れるに従って不明瞭になっていくことを示している。
【００６８】
図１０と図１１を説明するために、位相格子、遮蔽格子、検出器の格子領域または受光面領域のそれぞれをｘｙ座標とし、それぞれの中心の座標を（０，０）上端部の座標を（０，１）右端部の座標を（１，０）とする。
【００６９】
図１０（ａ）は、位相格子、遮蔽格子、検出器それぞれの（０，３／８）で表される位置に対してＸ線が垂直に入射するように位相格子４、遮蔽格子５、検出器６のそれぞれと光軸がなす角度を変化させたときに検出されるモアレのシミュレーション結果である。
【００７０】
同様に、図１０（ｂ）は位相格子、遮蔽格子、検出器それぞれの（０，２／８）、図１０（ｃ）は位相格子、遮蔽格子、検出器それぞれの（０，１／８）で表される位置に対してＸ線が垂直に入射するようにしたときに検出されるモアレのシミュレーション結果である。
【００７１】
図１０（ａ）（ｂ）（ｃ）に示したモアレを検出するためには、式（２）式（４）式（５）より、位相格子４、遮蔽格子５、検出器６、を以下のように移動させればよい。尚、位相格子４、遮蔽格子５、検出器６、の移動は位相格子と接続されたアクチュエーター４１と、遮蔽格子と接続されたアクチュエーター５１によって行う。
【００７２】
まず、図１０（ａ）に示したモアレを検出するためには、位相格子４と遮蔽格子５をそれぞれの格子の中心を回転中心として、それぞれの格子の上方がＸ線源に近づくように１．７２度回転させる。検出器は遮蔽格子と平行に固定されているため検出器も遮蔽格子の回転にあわせて回転する。これらの回転により、位相格子と遮蔽格子と検出器のそれぞれと光軸がなす角度は８８．２８度になる。それぞれの格子の回転とともに、光軸に沿ってＸ線源から遠ざかる方向に位相格子を０．４５ｍｍ、遮蔽格子と検出器を０．５１ｍｍ移動させる。
【００７３】
同様に、図１０（ｂ）に示したモアレを検出するために、位相格子と遮蔽格子をそれぞれの格子の中心を回転中心として、それぞれの格子の上方がＸ線源に近づくように３．４３度回転させる。これにより、位相格子と遮蔽格子と検出器のそれぞれと光軸がなす角度を８６．５７度になる。これらの回転とともに、光軸に沿ってＸ線源から遠ざかる方向に位相格子４を１．７９ｍｍ、遮蔽格子と検出器を２．０１ｍｍ移動させる。
【００７４】
同様に、図１０（ｃ）に示したモアレを検出するために、位相格子と遮蔽格子をそれら格子の中心を回転中心として、格子の上方がＸ線源に近づくよう５．１４度回転させる。これにより、位相格子と遮蔽格子と検出器のそれぞれと光軸がなす角度が８４．８６度になる。これらの回転とともに、光軸に沿ってＸ線源から遠ざかる方向に位相格子を４．０４ｍｍ、遮蔽格子と検出器を４．５３ｍｍ移動させる。
【００７５】
図８、図１０（ａ）、（ｂ）、（ｃ）を比較すると、コントラストが明瞭な場所は移動しているが、明部と暗部の位置は不変であることが分かる。
【００７６】
次に、位相格子４と遮蔽格子５と検出器６のそれぞれの（０，０）、（０，±３／８）、（±３／８，０）、（±３／８，±３／８）と表される９点においてＸ線が垂直に入射したときに検出されるそれぞれのモアレをシミュレーションによって得た。尚、シミュレーションは、式（２）、式（４）、式（５）を用いて、それぞれの点においてＸ線が垂直に入射するように位相格子と遮蔽格子と検出器を回転移動させるとともに、像ずれを防止するために光軸に沿った移動をさせたとして行った。取得した合計９枚のモアレの平均画像を図１１に示す。
【００７７】
図１２は、図１１で示した画像の中央を通る水平直線Ｂ１Ｂ２上における強度分布を表しており、縦軸が強度、横軸が位置を示している。図１２は、Ｂ１Ｂ２間の全面でほぼ均一なコントラストが得られることを示している。したがって、検出器６によるＸ線の検出中（露光中）に、位相格子４と遮蔽格子５と検出器６が上記のような移動（式２、式４、式５を満たすような移動）をすれば、１枚の画像でコントラストが均一化されたモアレパターンを得ることができる。
【００７８】
ここでは上記９点においてＸ線が位相格子４と遮蔽格子５と検出器６に垂直に入射するように位相格子４と遮蔽格子５と検出器６のそれぞれと光軸の角度を変化させたときのモアレの平均を示した。しかし、検出の際に、位相格子４と遮蔽格子５と検出器６のそれぞれと光軸のなす角度の数をさらに増やせばさらなるモアレ均一化を図れることは言うまでもない。より理想的には２次元的に連続的して位相格子４と遮蔽格子５と検出器６のそれぞれと検出器のなす角度を変化させながら検出を行えばよい。
【００７９】
以下、図１を参照しながら本実施例における被検査物撮像手順を説明する。
ステップ１：主指令部９に、検出器６によるＸ線の検出時間と、Ｘ線検出中に、Ｘ線が垂直に入射する検出器上の場所の移動パターンを入力する。
ステップ２：主指令部９から検出器指令部７に受光開始信号を送ることで、検出器６によるＸ線２の検出が開始される。
ステップ３：主指令部９から、ステップ１で入力した移動パターンを実現すべく位相格子４と遮蔽格子５が式（２）、式（４）、式（５）を満たして移動するよう位相格子と遮蔽格子に接続されたアクチュエーター４１および５１に移動量の指令値を送る。位相格子と遮蔽格子のそれぞれ接続されたアクチュエーター４１、５１は送られた指令値に従って位相格子と遮蔽格子と、遮蔽格子と固定された検出器とを移動させる。
ステップ４：主指令部９から検出器指令部７に検出終了信号を送ることで、検出器６によるＸ線の検出を終了するとともに、検出器６で検出したモアレが検出器指令部７を介し計算機８に転送される。
ステップ５：計算機８において、ＦＦＴ法によりモアレから被検査物３の微分位相像を算出する。さらに微分位相像を積分することで被検査物３の位相像を算出する。
【００８０】
以上のステップを実行することで本実施例のＸ線撮像装置では、光軸と検出器の交点周辺以外の領域におけるモアレのコントラストを従来よりも向上させることができる。従来では、位相格子のアスペクト比と光軸からの距離によっては、モアレがぼけることがあった。また、遮蔽格子のアスペクト比と光軸からの距離によっては、遮蔽格子を透過すべきＸ線がほとんど透過せず、被検査物の微分位相像を取得することが困難であった。しかし、本実施例では、位相格子と遮蔽格子と検出器のそれぞれと光軸との角度を変化させることにより光軸から離れた位置においてもＸ線が位相格子と遮蔽格子に垂直に入射するため、上記のような問題を軽減することができる。これにより、１回の検出により得られるモアレの範囲が従来よりも大きくなるため、撮像範囲を大きくすることができる。
【００８１】
（実施例２）
実施形態２の第２の実施例について図１３と図１４を用いて説明する。図１３は本実施例の構成を表しており、Ｘ線源と被写体の間にＸ線マスク１０と、Ｘ線マスク移動手段としてＸ線マスクと接続されたアクチュエーター１０１を備える点で実施例１と異なる。なお、本実施例の説明は、実施例１と違いのある部分に限定する。
【００８２】
図１４はＸ線マスクの構造を表しており、Ｘ線マスク１０はＸ線を透過する透過部１０２とＸ線を遮蔽する遮蔽部１０３を有する。Ｘ線マスク１０はＸ線源１と被検査物３の間に配置されているので、Ｘ線源１から放射されたＸ線の内で透過部１０２に入射したＸ線のみが被検査物３に照射され、Ｘ線検出器６まで達する。Ｘ線マスクに接続されたアクチュエーター１０１は主指令部９の指令を受けてＸ線マスク１０の位置を変えることができる。
【００８３】
主指令部９は、遮蔽格子５に垂直に入射するＸ線が常にＸ線マスクの透過部１０２、望ましくはその中心、を通るようにＸ線マスク１０が移動するようにＸ線マスクに接続されたアクチュエーター１０１に指令の信号を送る。
【００８４】
遮蔽格子５に垂直に入射するＸ線は、コントラストの明瞭なモアレを生じさせるＸ線であり、これが被検査物３を透過して検出器６に達する。一方、遮蔽格子５に垂直に入射するＸ線から離れたＸ線、つまり遮蔽格子５に対してある程度以上斜めに入射するＸ線はＸ線マスク１０によって遮蔽され、検出器６はもちろん、被検査物３にも達しない。このとき、ある程度以上とは、Ｘ線マスクの透過部１０２の大きさと、遮蔽格子に垂直に入射するＸ線が透過部１０２を透過する位置によって決まる。
【００８５】
この状態で実施例１と同様に位相格子４、遮蔽格子５、検出器６を移動させ、位相格子４と遮蔽格子５と検出器６のそれぞれと光軸がなす角度を変化させながら光軸に沿って移動させると、コントラストが明瞭でない領域はＸ線が被検査物３に照射されない。よって、被検査物の被ばく量を実施例１と比較して低下させることができる。また、コントラストの明瞭でない領域はＸ線が検出器に達しないため、その領域はモアレが得られない。そのため、コントラストが明瞭な状態のモアレを形成するＸ線のみが検出器により検出されるため、実施例１に比べてコントラストの良好なモアレの画像が得られる。
【００８６】
なお、Ｘ線マスク１０の透過部１０２と遮断部１０３の境界は、徐々にＸ線の透過率が変化してもよい。こうすることでＸ線が位相格子と遮蔽格子に対して垂直に入射する場所の移動が少ない場合でも、透過部１０２と遮断部１０３の境界が検出結果のモアレに現れ難くなる。図１５は、位相格子の中心と遮蔽格子の中心にＸ線が垂直に入射する時のモアレを図８と同じ条件でシミュレートしたものである。その際、Ｘ線マスク１０の透過部１０２の透過率分布は、透過率が１／ｅとなる半径がＸ線検出器６のサイズに換算してその３／８となるガウス型とした。図１６は、図１５で示した画像の中央を通る水平直線Ｃ１Ｃ２上における強度分布を表しており、図９と比較すると光軸と検出器の交点を中心とした一定の範囲外の領域ではＸ線の強度が小さくなっているのが分かる。
【００８７】
図１７は、実施例１における図１１と同様のシミュレーションによって得られた９枚のモアレの平均画像を表している。図１８は、図１７で示した画像の中央を通る水平直線Ｄ１Ｄ２上における強度分布を表しており、実施例１の図１２に比べて全体的にコントラストが向上していることが分かる。
【００８８】
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、遮蔽格子と検出器は固定せずにそれぞれの移動手段により移動させても良いし、反対に、位相格子と遮蔽格子と検出器を固定して１つの移動手段により移動させても良い。
【符号の説明】
【００８９】
１ Ｘ線源
３ 被検査物
４ 位相格子
４１ 位相格子と接続されたアクチュエーター
５ 遮蔽格子
５１ 遮蔽格子と接続されたアクチュエーター
６ 検出器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検査物のＸ線位相像を計測するＸ線撮像装置、および該Ｘ線撮像装置を適用した被検査物の透過波面を計測する波面計測装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
１９９０年代より、被検査物により生じるＸ線の位相差を利用した位相コントラスト法の研究が行なわれている。Ｘ線位相コントラスト法の一つとして特許文献１に記載されたタルボ干渉を利用したＸ線位相コントラスト法（以下、Ｘ線タルボ干渉法と呼ぶことがある。）がある。Ｘ線タルボ干渉法は、Ｘ線を発生するＸ線源、Ｘ線を回折し、タルボ効果による干渉パターン（以後、自己像と呼ぶ）を形成する回折格子、およびＸ線の強度分布を取得するＸ線検出器から構成される。Ｘ線源と回折格子の間または回折格子と検出器の間に被検査物を配置すると、自己像が被検査物により変調を受ける。被検査物により変調を受けた自己像を検出器で検出すると、被検査物の情報を得ることができる。
【０００３】
また、一般に、自己像は非常に周期が小さいため、自己像を直接検出することが難しいことがある。そこで、自己像が形成される位置に遮蔽格子を配置する方法が提案されている。遮蔽格子は自己像を形成するＸ線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れば、被検査物の情報を得ることができる。
【０００４】
回折格子として、一般的に位相を変調する位相格子を用いることが多い。位相格子は位相基準部と位相シフト部が周期的に配列しており、位相シフト部はＸ線が入射することでＸ線の位相が所望の量シフトするような厚みを持つ。
【０００５】
一方遮蔽格子はＸ線を透過する透過部とＸ線を遮蔽する遮蔽部とが周期的に配列しており、遮蔽部は入射したＸ線を遮蔽するのに十分な厚みを持つ。
【０００６】
このように、回折格子と遮蔽格子はその機能を有するために必要な厚みを持つ位相シフト部または遮蔽部が細かいピッチで配列している。そのため、位相シフト部と遮蔽部は大きなアスペクト比を持つことになる。また、撮像範囲を大きくするためには、大きなサイズの回折格子および遮蔽格子を用いること必要がとなる。これら格子は光軸から離れた領域ほどＸ線がアスペクト比の大きい位相シフト部または遮蔽部に斜めに入射する。よって、これら格子の大きさと位相シフト部または遮蔽部のアスペクト比によっては格子本来の機能を果たさず、形成される自己像またはモアレのコントラストが著しく低下することがある。その結果、光軸から離れた領域ほどＸ線位相コントラストの計測精度が劣化する。
【０００７】
これに対処する方法として特許文献１には、回折格子の位相シフト部と遮蔽格子の遮蔽部を格子面に垂直ではなく、入射Ｘ線に平行になるようにＸ線源の方向に向かうように加工することが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】公開特許公報２００７−２０３０６６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１に記載の回折格子と遮蔽格子は位相シフト部と遮蔽部を格子面内の位置に依存した特定の方向に向ける必要があるので、製作するのは容易ではない。そこで本発明は、位相シフト部と遮蔽部が格子面に垂直な回折格子と遮蔽格子を使用しても、光軸から離れた領域におけるモアレのコントラストを従来のＸ線撮像装置よりも向上させることが可能なＸ線撮像装置を提供することを目的としている。尚、位相シフト部と遮蔽部が格子面に垂直な回折格子と遮蔽格子は、特許文献１に記載の回折格子と遮蔽格子よりも製作が容易である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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、Ｘ線源からの発散Ｘ線を回折することで干渉パターンを形成する回折格子と、前記干渉パターンの一部を遮蔽する遮蔽格子と、前記遮蔽格子を経たＸ線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、前記回折格子と前記遮蔽格子と前記検出器と、光軸とがなす角度を変化させる角度可変手段を備え、前記検出器は、前記回折格子と前記遮蔽格子と前記検出器と、前記光軸とがなす角度の変化に応じて前記Ｘ線の検出を行うことを特徴とする。
【００１１】
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】
【００１２】
本発明に記載のＸ線撮像装置によれば、光軸から離れた領域におけるＸ線位相コントラストの計測精度を従来のＸ線撮像装置よりも向上させることが可能な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】
【００１３】
【図１】本発明の実施例１に係るＸ線撮像装置を説明する図である。
【図２】本発明の実施形態１の原理を説明する図である。
【図３】本発明の実施形態１の原理を説明する図である。
【図４】本発明の実施形態２の原理を説明する図である。
【図５】本発明の実施例１に係る位相格子のパターンの一部を表す図である。
【図６】本発明の実施例１に係る自己像の一部を表す図である。
【図７】本発明の実施例１に係る遮蔽格子のパターンの一部を表す図である。
【図８】本発明の実施例１に係るモアレを表す図である。
【図９】図８のモアレの中央を通る水平直線上の強度分布を表す図である。
【図１０】本発明の実施例１に係るモアレを表す図である。
【図１１】本発明の実施例１に係る平均画像を表す図である。
【図１２】図１１の平均画像の中央を通る水平直線上の強度分布を表す図である。
【図１３】本発明の実施例２に係るＸ線撮像装置を説明する図である。
【図１４】本発明の実施例２に係るＸ線マスクの構造を表す図である。
【図１５】本発明の実施例２に係るモアレを表す図である。
【図１６】図１５の画像の中央を通る水平直線上の強度分布を表す図である。
【図１７】本発明の実施例２に係る平均画像を表す図である。
【図１８】図１７の平均画像の中央を通る水平直線上の強度分布を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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。
【００１５】
（実施形態１）
上記目的を達成するため、本出願に係る実施形態１は以下の特徴を有している。
【００１６】
本実施形態のＸ線撮像装置は、Ｘ線源と、Ｘ線源からのＸ線を回折して干渉パターンを形成する回折格子と、干渉パターンの一部を遮蔽する遮蔽格子と、遮蔽格子を経たＸ線を検出する検出器を備える。尚、本実施形態において遮蔽格子と検出器は固定されている。さらに本実施形態のＸ線撮像装置は、回折格子と遮蔽格子と検出器のそれぞれと光軸がなす角度を変化させる角度可変手段として、回折格子と接続されたアクチュエーターと、遮蔽格子と接続されたアクチュエーターを備える。回折格子と接続されたアクチュエーターは回折格子を移動させることで回折格子と光軸がなす角度を変化させる。一方、遮蔽格子と接続されたアクチュエーターは遮蔽格子と、遮蔽格子と固定された検出器を移動させることで遮蔽格子と検出器のそれぞれと光軸がなす角度を変化させる。
尚、本明細書において光軸（Ｘ線軸）とは、光束（Ｘ線束）の中心を指す。
【００１７】
また、検出器による検出結果は演算手段である計算機によって解析され、被検査物の情報が算出される。
【００１８】
以下、各構成について説明をする。
【００１９】
本実施形態の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線源を用いてもよい。また、Ｘ線源から出射した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または波長選択フィルタを配置してもよい。本明細書では、線源格子または波長選択フィルタを用いる場合、線源格子または波長選択フィルタもＸ線源の一部であるとみなす。Ｘ線源から出射される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必要があるため、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。また、Ｘ線源から出射するＸ線は、発散Ｘ線である。尚、本明細書においてＸ線とはエネルギーが２〜１００ｋｅＶの電磁波を指す。
【００２０】
Ｘ線源から出射したＸ線は、被検査物を透過すると被検査物の屈折率及び形状に応じて位相が変化する。尚、被検査物は、Ｘ線源と回折格子の間に配置しても、回折格子と遮蔽格子の間に配置しても良い。
【００２１】
本実施形態の回折格子は位相型の回折格子（以下、位相格子と呼ぶことがある。）であり、Ｘ線の照射を受けて明部と暗部が周期的に配列された自己像を形成する。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線量の損失が少ないので有利である。本実施形態の位相格子は位相シフト部と位相基準部が直交する２方向に配列した２次元の位相格子であり、Ｘ線の照射を受けて２次元の干渉パターンを形成する。位相シフト部を透過したＸ線は位相基準部を透過したＸ線と比較すると、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ラジアンの位相格子が良く用いられるが、その他のシフト量の位相格子を用いることもできる。位相格子を構成する材料は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。
【００２２】
また、位相格子はアクチュエーターと接続され、アクチュエーターによって位相格子上の点を中心として位相格子が回転することにより、位相格子と光軸がなす角度が変化する。
【００２３】
本実施形態の遮蔽格子はＸ線を透過する透過部とＸ線を遮蔽する遮蔽部が２次元周期的に配列した２次元の遮蔽格子である。尚、遮蔽部はＸ線を完全に遮蔽しなくても良い。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線を遮蔽する必要がある。遮蔽格子の周期は回折格子によって遮蔽格子上に形成される干渉パターンの周期と同一または僅かに異なる値をとることができ、形成したいモアレの周期によって決めることができる。
尚、本明細書におけるモアレとは、その周期が無限長か、もしくは無限長に限りなく近い場合も含む。
【００２４】
Ｘ線タルボ干渉法により形成された自己像の周期は一般的なＸ線の検出器の空間分解能よりはるかに微細であるため、直接自己像の強度分布を検出することは難しい。そこで、自己像と少し周期の異なる遮蔽格子を用いるか、あるいは自己像と同じ周期の遮蔽格子を遮蔽格子面内で僅かに回転させることで自己像よりも周期の大きなモアレを発生させ、これを検出器で取得する。モアレは被検査物による自己像のパターン変化を保存しているので、検出器で取得したモアレを計算機により解析することで被検査物による自己像の変化に関する情報を得ることができる。
【００２５】
位相格子と遮蔽格子の距離Ｚ１は、遮蔽格子上で明瞭な自己像を生じさせるために以下のタルボ条件の式（１）を満たしている。
【００２６】
【数１】
【００２７】
式（１）において、Ｚ０はＸ線源と位相格子の距離、λはＸ線の波長、ｄは位相格子の格子周期である。位相基準部と位相シフト部が１次元的に配列している１次元位相格子の場合、位相シフト量がπ／２の位相格子（以後、π／２位相格子と呼ぶ）の場合はＮはｎ−１／２で表される実数である。位相シフト量がπの位相格子（以後、π位相格子と呼ぶ）の場合はＮはｎ／４−１／８として表される実数である。但し、ｎは自然数である。位相基準部と位相シフト部が市松格子状に配列している位相格子では、Ｎはπ／２位相格子の場合はｎ／２−１／４、π位相格子の場合はｎ／４−１／８である。但し、格子周期ｄは位相基準部の中心と位相シフト部の中心の距離の２倍とする。
【００２８】
遮蔽格子も位相格子同様アクチュエーターと接続され、遮蔽格子上の点を中心として遮蔽格子が回転することにより、遮蔽格子と光軸がなす角度が変化する。
【００２９】
検出器は、Ｘ線によるモアレの強度分布を検出することのできる撮像素子（例えばＣＣＤ）を有する。また、本実施形態の検出器は遮蔽格子と平行を保った状態で遮蔽格子と固定されており、遮蔽格子に接続されたアクチュエーターによって検出器上の点を中心として検出器が回転することにより、検出器と光軸がなす角度が変化する。
検出器は、回折格子と遮蔽格子と検出器のそれぞれと光軸がなす角度の変化に応じてＸ線の検出を行う。
【００３０】
演算手段である計算機は、検出器によるモアレの検出結果に基づいて被検査物によるモアレの変化に関する情報を算出する。その結果例えば被検査物の位相像または微分位相像を得ることができる。更に計算機に画像表示部を接続し、算出結果に基づく画像を画像表示部に表示することもできる。
【００３１】
計算機による計算方法の一例を簡単に説明する。
【００３２】
Ｘ線が被検査物を通過すると、被検査物の屈折率分布に応じてＸ線の位相が変化する。この、Ｘ線の位相変化の空間的な分布が被検査物の位相像である。
【００３３】
Ｘ線の進行方向はＸ線の位相の空間微分に比例し、自己像のパターンの位置変化はＸ線の進行方向変化に比例する。したがって、検出器で検出したＸ線の強度分布にフーリエ変換法を利用すれば、被検査物の位相像の空間微分（以後、微分波面と呼ぶ）を求めることができる。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、ここでは概要を説明するに留める。検出器による検出結果である強度分布を２次元フーリエ変換して得られた周波数スペクトルには、強度分布の基本周期成分（以後キャリアパターンと呼ぶ）の周波数（以後キャリア周波数と呼ぶ）と数多くのその高調波成分に相当するピークが生じる。キャリア周波数に相当するピークの周辺を切り出してフーリエ空間の中心に移動する。さらにこれを逆フーリエ変換したものの位相成分を求めることで測定すべき波面の一方向の微分波面、即ち被検査物の微分位相像が得られる。被検査物の位相像を復元するにはこの微分位相像を微分方向に積分する。ただし、通常これだけでは微分方向と直交する方向の波面の変化に関しては算出することができない。これに関しては、もう一方のピークに関しても同様の処理を実施し直交する２方向の微分波面を得ることで解決することができる。尚、計算機による計算方法は上記に示した方法に限定されるものではなく、例えば窓フーリエ変換を用いたものでも良いし、位相シフト法（縞走査法）を用いたものでも良い。
【００３４】
角度変調手段である、位相格子と接続されたアクチュエーターと遮蔽格子と接続されたアクチュエーターによる、位相格子と遮蔽格子と検出器の回転と、回折格子と遮蔽格子と検出器のそれぞれと光軸がなす角度の変化について図２と図３を用いて説明をする。
【００３５】
なお、位相格子、遮蔽格子、検出器を移動させるには、位相格子と遮蔽格子のそれぞれに接続されたアクチュエーターを用いるが、原理の説明には不要なので記載を省略する。図２と図３において、Ｘ線源１からのＸ線が被検査物３を透過し、被検査物３を透過したＸ線を位相格子４が回折し、自己像１００が遮蔽格子５上に形成される。遮蔽格子５上に形成された自己像１００の一部が遮蔽格子５の遮蔽部に遮蔽されることでモアレが形成し、そのモアレを検出器６で検出する。また、位相格子４、遮蔽格子５、検出器６は、それぞれのＸ線照射範囲の中心が、光軸２０とそれぞれとの交点と一致するように配置されている。そして、その光軸２０との交点を回転中心として位相格子４、遮蔽格子５、検出器６のそれぞれが回転することにより、位相格子４、遮蔽格子５、検出器６のそれぞれと光軸２０がなす角度が変化する。
【００３６】
図２において、位相格子４と遮蔽格子５と検出器６のそれぞれは光軸２０に対して垂直に配置されている。
【００３７】
この時、位相格子４、遮蔽格子５、検出器６のそれぞれと光軸２０がなす角度は９０度であり、本実施形態ではこの９０°を第１の角度として以下説明を行う。位相格子４、遮蔽格子５、検出器６がこのように配置されているとき、遮蔽格子上のＸ線照射範囲の中心Ｑ０（以後、遮蔽格子の中心と呼ぶことがある。尚、遮蔽格子の中心は光軸２０と遮蔽格子の交点である。）と、位相格子上のＸ線照射範囲の中心Ｐ０（以後位相格子の中心と呼ぶことがある。尚、位相格子の中心は光軸２０と位相格子の交点である。）に対して光軸２０上のＸ線（以後、中心Ｘ線と呼ぶことがある。）が垂直に入射する。そのため、位相格子の中心Ｐ０において位相基準部または位相シフト部の厚み方向と光軸上のＸ線の進行方向が一致し、同様に遮蔽格子の中心Ｑ０において遮蔽部または透過部の厚み方向と中心Ｘ線の進行方向が一致する。すると、遮蔽格子の中心Ｑ０に入射した中心Ｘ線は検出器６上にコントラストが明瞭なモアレを形成する。一方、光軸以外を通る光束の端部のＸ線（以後、周辺Ｘ線と呼ぶことがある。）２１は位相格子上のＰ１と遮蔽格子上のＱ１に対して斜めに入射するためこれら格子が本来の機能を果たしきれず、位相のシフト量がばらついたり、透過すべきＸ線が透過できなくなったりする。同様に、周辺Ｘ線２２は位相格子上のＰ２と遮蔽格子上のＱ２に対して斜めに入射するため、位相のシフト量がばらついたり、透過すべきＸ線が透過できなくなったりする。その結果、光軸２０から離れた領域ほど検出器上に形成されるモアレのコントラストが低下する。
【００３８】
Ｑ１におけるコントラストを明瞭にするには、図２の状態から遮蔽格子５の中心Ｑ０を回転中心として角度θ回転させる。角度θは、式（２）に示す量である。
【００３９】
【数２】
【００４０】
尚、本実施形態は遮蔽格子の中心Ｑ０を回転中心として遮蔽格子を回転させたため、Ｑ０Ｑ１を用いてθを示したが、回転中心が遮蔽格子の中心でない場合、式（２）のＱ０Ｑ１に代わりに回転中心とＱ１の距離を用いればθを算出できる。検出器６は遮蔽格子５と平行に固定されているため、検出器６も遮蔽格子の中心を回転中心として角度θ回転する。また、位相格子４も遮蔽格子５と同様にＸ線照射範囲の中心Ｐ０を回転中心として角度θ回転させる。これにより、位相格子４、遮蔽格子５、検出器６のそれぞれは図３のように光軸２０と（９０°−θ）の角度をなし、本実施形態ではこの（９０°−θ）を第２の角度として以下説明を行う。すると、位相格子４と遮蔽格子５に周辺Ｘ線２１が位相格子のＰ１１と遮蔽格子のＱ１１において垂直に入射する。
【００４１】
位相格子４、遮蔽格子５、検出器６が光軸２０に対して垂直に配置されているときの中心Ｘ線同様に、位相格子４、遮蔽格子５、検出器６が光軸２０に対して角度θで配置されているときの周辺Ｘ線２１は検出器上にコントラストの高いモアレを形成する。
【００４２】
また、図３のように光軸に対して位相格子４、遮蔽格子５、検出器６を傾けても位相格子と遮蔽格子は平行に保たれている。よって、図２の状態で遮蔽格子５上の任意の点Ｑｒに入射するＸ線が位相格子４のＰｒを透過するとすれば、図３の状態でも点Ｑｒに向かうＸ線は点Ｐｒを通過する。遮蔽格子と検出器も平行に固定されているため、図３の状態においてＸ線検出器６で検出されるモアレの明暗の位置は図２の状態において検出される位置と不変である。この際、タルボ条件の式（１）を厳密には満たさなくなるが、Ｘ線タルボ干渉法においてθは数度程度なので自己像のコントラストの劣化はわずかで問題はない。
【００４３】
本実施形態では、以上のように、位相格子４と遮蔽格子５と検出器６を平行に保ったまま夫々を回転させ、相格子４と遮蔽格子５と検出器６のそれぞれと光軸２０のなす角度を変化させる。これにより、モアレの明暗の位置を変えることなくモアレのコントラストの良好な場所を検出器の受光面内で移動させることができる。検出器６のよるＸ線検出中（露光中）に上記のような方法でコントラストの良好な場所を検出器の受光面内で移動させると、検出器の受光面内でのコントラストのばらつきを軽減することができる。その結果、受光面の周辺部で検出されるモアレのコントラストを従来よりも向上させることができる。尚、従来とは、位相格子と遮蔽格子と検出器を図２のように配置した状態でのみＸ線の検出を行う撮像装置のことを指す。また、位相格子、遮蔽格子、検出器のそれぞれと光軸のなす角度の変化とＸ線の検出を交互に行うと、複数回の検出結果を合成することにより、周辺部で検出されるモアレのコントラストを従来よりも向上させることができる。
【００４４】
（実施形態２）
本実施形態は、位相格子に接続されたアクチュエーターと遮蔽格子に接続されたアクチュエーターが、回折格子と遮蔽格子と検出器のそれぞれと光軸がなす角度の変化に伴って回折格子と遮蔽格子と検出器のそれぞれを光軸に沿って移動させる点で実施形態１と異なる。これにより、実施形態１よりも正確に（ぼけを小さく）被検査物を撮像することができる。以下、実施形態１と異なる点について図６を用いて説明をする。
【００４５】
実施形態１では、位相格子４と遮蔽格子５と検出器６を平行に保ったままそれぞれと光軸２０がなす角度を変えることで、モアレの明暗の位置を変えることなくモアレのコントラストの良好な場所を検出器の受光面内で移動させた。しかしながら、図３のように、Ｐ１とＰ１１、Ｑ１とＱ１１が一致しない。つまり、被検査物の同一の箇所を通過したＸ線（ここでは周辺Ｘ線２１）が位相格子と遮蔽格子の回転によって位相格子と遮蔽格子の異なる箇所（ここでは、Ｐ１とＰ１１、Ｑ１とＱ１１）に入射する。そのため、角度θに応じてＸ線検出器６上で被検査物３の像の位置が変化する現象（以後、像ずれと呼ぶ）が生じる。像ずれ量Δｘを被検査物３上の距離で定義すれば、Ｘ線源１と被検査物３の距離をＬ０としてΔｘ＝（Ｑ０Ｑ１−Ｑ０Ｑ１１）Ｌ０／Ｌ２、Ｑ０Ｑ１＝Ｌ２ｔａｎθ、Ｑ０Ｑ１１＝Ｌ２ｓｉｎθより、式（３）で表すことができる。
Δｘ＝Ｌ０（ｔａｎθ−ｓｉｎθ）……式（３）
【００４６】
例えば、Ｌ０＝１０００ｍｍ、被検査物サイズ２００ｍｍとすれば、被検査物の端部ではθ＝ｔａｎ−１（２００／２／１０００）＝５．７°なので式（３）より像ずれ量Δｘは０．５ｍｍとなり、微細な構造を観察する場合には無視できない量となることもある。尚、図３の配置にある時、Ｑ１の対称位置であるＱ２の側ではさらに大きな量の像ずれが生じるが、Ｑ２周辺を透過したＸ線が形成するモアレはコントラストが低い（Ｑ２周辺を透過するＸ線量は少ない）ので、得られる検出結果に与える像ずれの影響は無視できる。本実施形態を用いると、実施形態１よりも像ずれを軽減できる。図４は、本実施形態により像ずれを軽減する原理を説明する図である。本実施形態では、実施形態１の図３に示した状態から角度θに応じて遮蔽格子と位相格子を光軸２０に沿って平行移動させる。遮蔽格子の移動量ΔＬ２、回折格子の移動量ΔＬ１をそれぞれ式（４）、式（５）に示した。
【００４７】
【数３】
【００４８】
【数４】
【００４９】
尚、角度θ２は遮蔽格子と光軸のなす角度、角度θ１は位相格子と光軸のなす角度であり、本実施形態ではθ１＝θ２＝θである。また、遮蔽格子と検出器が固定されていない場合、同様に検出器の移動量ΔＬ３は、
【００５０】
【数５】
【００５１】
である。尚、角度θ３は検出器と光軸のなす角度、Ｌ３はＸ線源と検出器の距離である。本実施形態のように遮蔽格子と検出器が接するくらい近くに配置されている場合、遮蔽格子の厚みがあるため厳密にはＬ２≠Ｌ３であるが、Ｌ２とＬ３の差が非常に小さいためＬ２＝Ｌ３とみなし、θ２＝θ３であればΔＬ２＝ΔＬ３として良い。平行移動後の遮蔽格子と周辺Ｘ線２１の交点Ｑ１１と遮蔽格子の中心Ｑ０との距離Ｑ０Ｑ１１は式（７）で表される。
Ｑ０Ｑ１１＝（Ｌ２＋ΔＬ２）ｓｉｎθ＝Ｌ２ｔａｎθ……式（７）
図２から分かるようにＱ０Ｑ１＝Ｌ２ｔａｎθであるからＱ０Ｑ１１＝Ｑ０Ｑ１となり、Ｑ１１はＱ１と一致する。したがって、像ずれは生じない。
同様に、平行移動後の位相格子と周辺Ｘ線２１の交点Ｐ１１と位相格子の中心Ｐ０との距離Ｐ０Ｐ１１は式（８）で表される。
Ｐ０Ｐ１１＝（Ｌ１＋ΔＬ１）ｓｉｎθ＝Ｌ１ｔａｎθ……式（８）
図２から分かるようにＰ０Ｐ１＝Ｌ１ｔａｎθであるからＰ０Ｐ１１＝Ｐ０Ｐ１となり、Ｐ１１はＰ１と一致する。これより、平行移動後において遮蔽格子のＱ１に到達するＸ線は位相格子のＰ１を通過していることが分かる。これは図２における状況と同じなので、検出器上６に形成されるモアレの位置も図２で示す状態と図４で示す状態では変化しない。
【００５２】
以上説明したように、検出器６と一体化した遮蔽格子５と、位相格子４を式（２）、式（４）、式（５）を同時に満足するように移動すると、モアレの明部と暗部の位置を変えずに、検出器の受光面上でモアレのコントラストの高い場所を任意に選ぶことができる。さらにコントラストが高い場所（検出器に対してＸ線が垂直に入射する箇所（図４において周辺Ｘ線２１と検出器との交点）とその近辺）においては像ずれが発生することもない。したがって検出器６によるＸ線検出中に上述の原理に基づいてコントラストの良好な場所をＸ線検出器の受光面内で移動させることで、比較的大きな被検査物でも１回の検出の結果から、被検査物の位相像の取得が可能となる。これを実現するために本実施形態のＸ線撮像装置は、検出器６によるＸ線検出中に、位相格子４と遮蔽格子５に上述の回転移動と光軸に沿った移動をさせている。また、遮蔽格子と固定された検出器６も同様に移動される。
【００５３】
また、実施形態１よりも像ずれを軽減する方法として位相格子、遮蔽格子、検出器を回転させる回転中心をずらしていく方法もある。
【００５４】
図２の状態から、遮蔽格子５と周辺Ｘ線２１との交点Ｑ１を回転中心として遮蔽格子５をθ回転させる。同様に位相格子４と周辺Ｘ線２１との交点Ｐ１を回転中心として位相格子４をθ回転させる。すると、周辺Ｘ線２１が位相格子と遮蔽格子に入射する位置は図２の位置と変化しないまま、位相格子と遮蔽格子に対して周辺Ｘ線が垂直に入射する。このように、Ｘ線を垂直に入射させたい位置を回転中心として位相格子と遮蔽格子を回転させ、位相格子と遮蔽格子の回転中心をそれぞれの格子上で移動させることで、検出器上に形成されるモアレのコントラストの高い場所を任意に移動させることができる。但し、この方法だと、原理的には回転中心を透過したＸ線は像ずれを起こさないが、回転中心から離れるにしたがって像ずれが起きる。回転中心から離れるにしたがってモアレのコントラストが低下するため、この像ずれが検出結果に与える影響は無視できる可能性もあるが、図４を用いて説明した光軸に沿った移動を伴う方法よりも像ずれが検出結果に与える影響は大きいと考えられる。
【００５５】
（実施例１）
本実施例では、実施形態２のＸ線撮像装置についてシミュレーションを行った例について図１を用いて説明する。図１は本実施例の構成を表しており、Ｘ線源１からのＸ線２が被検査物３を透過し、被検査物３を透過したＸ線を位相格子４が回折し、遮蔽格子５上に形成された自己像の一部が遮蔽格子５に遮蔽されることでモアレが形成し、そのモアレを検出器６で検出する。検出器６は遮蔽格子５と平行を保ちつつ固定される。また、検出器６による検出は、検出器指令部７により検出器に送られる信号に従って行われる。また検出器６による検出結果は演算手段である計算機８に送られ、被検査物の微分位相像が算出される。
【００５６】
位相格子４はアクチュエーター４１によって位相格子の中心を回転中心として回転する。これにより位相格子と光軸がなす角度が変化し、それに伴って位相格子が光軸に沿って移動することでＸ線源との距離が変化する。
【００５７】
また、位相格子４同様に、遮蔽格子５に接続されたアクチュエーター５１により遮蔽格子５と検出器６のそれぞれと光軸がなす角度と、遮蔽格子５と検出器６のそれぞれとＸ線源との距離が変化する。
【００５８】
位相格子と接続されたアクチュエーター４１、遮蔽格子と接続されたアクチュエーター５１、検出器指令部７の動作は主指令部９により同期させられる。
【００５９】
上記構成において具体的な数値を例示して本実施例について詳細に説明する。Ｘ線源１から発するＸ線２のエネルギーは３０ＫｅＶとした。Ｘ線２は、被検査物３を通過し、被検査物３の屈折率分布に応じた位相変化を受ける。その後、位相格子４、遮蔽格子５を順に通過し検出器６に入射する。
【００６０】
被検査物３はなるべく観察領域が広くなるよう位相格子４の直前に配置する。
【００６１】
位相格子４の格子領域は人体の特定の部位、例えば乳房や膝関節を一度に観察することを考えて一辺が１２０ｍｍの正方形とした。また、Ｘ線源１から位相格子４までの距離（Ｌ１）は１０００ｍｍとした。
【００６２】
位相格子４のパターンの一部を図５に示した。位相格子４は図５に示したように、位相シフト部４０１と、位相基準部４０２が市松格子上に配置されており、その周期は隣り合う位相シフト部の中心間の距離ｄ１として３．０μｍとした。また、位相格子４はＸ線の透過率が大きいシリコンを用い、格子面に周期的に凸部を設けることで位相シフト部４０１と位相基準部４０２を形成した。位相格子４はπ／２位相格子なので、凸部の高さは、位相シフト部である凸部を通ったＸ線と位相基準部である凸部の間を通ったＸ線の位相差がπ／２となる値である。本実施例の場合、シリコンの３０ＫｅＶのＸ線におけるシリコンと空気の屈折率差が５．３７×１０−７なので、凸部の高さは１９μｍである。
【００６３】
位相格子４と遮蔽格子５の距離は、式（１）においてＺ０を１０００ｍｍ、３０ＫｅＶのＸ線の波長としてλを０．０４１３ｎｍ、ｄを３μｍ、Ｎを１／２とした時のＺ１の値である１２２ｍｍとした。また、初期調整として、Ｘ線源１から照射されるＸ線の光軸が、位相格子４と遮蔽格子５の中心を通るように配置され、さらにそれらの中心に中心Ｘ線が垂直に入射するようにした。
【００６４】
図６（ａ）、（ｂ）は、この状態において遮蔽格子上に生じた自己像の一部を表したもので、図６（ａ）は遮蔽格子の中心部周辺に形成される自己像であり、図６（ｂ）は遮蔽格子の左上端部周辺に形成される自己像である。自己像の明部４１０と暗部４２０が市松格子状に配列され、自己像の周期ｐは（Ｚ０＋Ｚ１）／Ｚ０×３μｍ＝３．３７μｍである。位相格子４の中心部ではＸ線が位相格子４に垂直に入射するので自己像は位相格子４のパターンをほぼ忠実に再現しているが、位相格子の中心部から離れた部分ではＸ線が位相格子４に斜めに入射するため、位相シフト部の凸部の高さの影響で自己像が歪んでいる。尚、本実施例ではπ／２位相格子を採用したが、π位相格子を採用してもよい。ただしその場合は、その凸部の高さが２倍になるので自己像の歪みは大きくなる。
【００６５】
遮蔽格子５の格子領域は、位相格子４を透過したＸ線の照射領域から、一辺が１３５ｍｍの正方形とした。遮蔽格子５の材料はＸ線の吸収率が大きい金であり、表面に周期的に凸部を設けることでＸ線の透過率が周期的に変化するようにしている。凸部を通ったＸ線と凸部の間を通ったＸ線の強度比が０．０５となるように、金の３０ＫｅＶのＸ線における消衰係数１．６５×１０−７より凸部の高さは６０μｍとした。遮蔽格子５のパターンは、図７に示すように遮蔽部５０１と透過部５０２が井桁格子状に配列しており、遮蔽部の幅と透過部の幅の比は１：１とした。尚、遮蔽部は凸部が形成された部分であり、透過部は、凸部の間の部分である。遮蔽格子の周期は自己像の周期と僅かに変えることで、検出器６の分解能よりも大きい周期を持つモアレを発生させている。本実施例では周期が８０μｍのモアレを発生させるために、遮蔽格子５の周期ｄ２を３．５１μｍとした。尚、検出器６の画素周期は２０μｍとするとモアレの周期が検出器の４画素分になり、上記フーリエ変換法で解析するのに適している。
【００６６】
本実施例の撮像装置において、Ｘ線源、位相格子、遮蔽格子が上記初期調整の位置に配置されているとき、遮蔽格子５の格子領域の端部における入射Ｘ線の傾きは（１３５ｍｍ／２）／（１０００ｍｍ＋１２２ｍｍ）＝６７．５／１１２２であり、凸部の高さが６０μｍである。尚、ここでは端部とは上下左右のいずれかの方向における端部のことを指し、四隅のことではない。入射Ｘ線と凸部の高さから、少なくとも遮蔽格子５の格子領域の端部では、本来遮蔽格子を透過すべきＸ線が透過部を通り抜けることができなくなり、結果として光軸から離れた領域ほどモアレのコントラストが低下する。
【００６７】
図８は、Ｘ線源、位相格子、遮蔽格子が上記初期調整の位置に配置されている状態、つまり位相格子４の中心と遮蔽格子５の中心に対してＸ線が垂直に入射する状態において、検出器６で検出されるモアレのシミュレーション結果である。ただし被検査物は入れておらず、またシミュレーションの制約上、検出器の画素サイズを２．１ｍｍとし、さらにコントラストの分布が分かりやすいように周期が１５ｍｍのモアレを発生させた。図９は、図８で示した画像の中央付近を通る水平直線Ａ１Ａ２上における強度分布を表しており、縦軸が強度、横軸が位置を示している。図９は、モアレのコントラストは光軸との交点周辺においては明瞭だが、光軸から離れるに従って不明瞭になっていくことを示している。
【００６８】
図１０と図１１を説明するために、位相格子、遮蔽格子、検出器の格子領域または受光面領域のそれぞれをｘｙ座標とし、それぞれの中心の座標を（０，０）上端部の座標を（０，１）右端部の座標を（１，０）とする。
【００６９】
図１０（ａ）は、位相格子、遮蔽格子、検出器それぞれの（０，３／８）で表される位置に対してＸ線が垂直に入射するように位相格子４、遮蔽格子５、検出器６のそれぞれと光軸がなす角度を変化させたときに検出されるモアレのシミュレーション結果である。
【００７０】
同様に、図１０（ｂ）は位相格子、遮蔽格子、検出器それぞれの（０，２／８）、図１０（ｃ）は位相格子、遮蔽格子、検出器それぞれの（０，１／８）で表される位置に対してＸ線が垂直に入射するようにしたときに検出されるモアレのシミュレーション結果である。
【００７１】
図１０（ａ）（ｂ）（ｃ）に示したモアレを検出するためには、式（２）式（４）式（５）より、位相格子４、遮蔽格子５、検出器６、を以下のように移動させればよい。尚、位相格子４、遮蔽格子５、検出器６、の移動は位相格子と接続されたアクチュエーター４１と、遮蔽格子と接続されたアクチュエーター５１によって行う。
【００７２】
まず、図１０（ａ）に示したモアレを検出するためには、位相格子４と遮蔽格子５をそれぞれの格子の中心を回転中心として、それぞれの格子の上方がＸ線源に近づくように１．７２度回転させる。検出器は遮蔽格子と平行に固定されているため検出器も遮蔽格子の回転にあわせて回転する。これらの回転により、位相格子と遮蔽格子と検出器のそれぞれと光軸がなす角度は８８．２８度になる。それぞれの格子の回転とともに、光軸に沿ってＸ線源から遠ざかる方向に位相格子を０．４５ｍｍ、遮蔽格子と検出器を０．５１ｍｍ移動させる。
【００７３】
同様に、図１０（ｂ）に示したモアレを検出するために、位相格子と遮蔽格子をそれぞれの格子の中心を回転中心として、それぞれの格子の上方がＸ線源に近づくように３．４３度回転させる。これにより、位相格子と遮蔽格子と検出器のそれぞれと光軸がなす角度を８６．５７度になる。これらの回転とともに、光軸に沿ってＸ線源から遠ざかる方向に位相格子４を１．７９ｍｍ、遮蔽格子と検出器を２．０１ｍｍ移動させる。
【００７４】
同様に、図１０（ｃ）に示したモアレを検出するために、位相格子と遮蔽格子をそれら格子の中心を回転中心として、格子の上方がＸ線源に近づくよう５．１４度回転させる。これにより、位相格子と遮蔽格子と検出器のそれぞれと光軸がなす角度が８４．８６度になる。これらの回転とともに、光軸に沿ってＸ線源から遠ざかる方向に位相格子を４．０４ｍｍ、遮蔽格子と検出器を４．５３ｍｍ移動させる。
【００７５】
図８、図１０（ａ）、（ｂ）、（ｃ）を比較すると、コントラストが明瞭な場所は移動しているが、明部と暗部の位置は不変であることが分かる。
【００７６】
次に、位相格子４と遮蔽格子５と検出器６のそれぞれの（０，０）、（０，±３／８）、（±３／８，０）、（±３／８，±３／８）と表される９点においてＸ線が垂直に入射したときに検出されるそれぞれのモアレをシミュレーションによって得た。尚、シミュレーションは、式（２）、式（４）、式（５）を用いて、それぞれの点においてＸ線が垂直に入射するように位相格子と遮蔽格子と検出器を回転移動させるとともに、像ずれを防止するために光軸に沿った移動をさせたとして行った。取得した合計９枚のモアレの平均画像を図１１に示す。
【００７７】
図１２は、図１１で示した画像の中央を通る水平直線Ｂ１Ｂ２上における強度分布を表しており、縦軸が強度、横軸が位置を示している。図１２は、Ｂ１Ｂ２間の全面でほぼ均一なコントラストが得られることを示している。したがって、検出器６によるＸ線の検出中（露光中）に、位相格子４と遮蔽格子５と検出器６が上記のような移動（式２、式４、式５を満たすような移動）をすれば、１枚の画像でコントラストが均一化されたモアレパターンを得ることができる。
【００７８】
ここでは上記９点においてＸ線が位相格子４と遮蔽格子５と検出器６に垂直に入射するように位相格子４と遮蔽格子５と検出器６のそれぞれと光軸の角度を変化させたときのモアレの平均を示した。しかし、検出の際に、位相格子４と遮蔽格子５と検出器６のそれぞれと光軸のなす角度の数をさらに増やせばさらなるモアレ均一化を図れることは言うまでもない。より理想的には２次元的に連続的して位相格子４と遮蔽格子５と検出器６のそれぞれと検出器のなす角度を変化させながら検出を行えばよい。
【００７９】
以下、図１を参照しながら本実施例における被検査物撮像手順を説明する。
ステップ１：主指令部９に、検出器６によるＸ線の検出時間と、Ｘ線検出中に、Ｘ線が垂直に入射する検出器上の場所の移動パターンを入力する。
ステップ２：主指令部９から検出器指令部７に受光開始信号を送ることで、検出器６によるＸ線２の検出が開始される。
ステップ３：主指令部９から、ステップ１で入力した移動パターンを実現すべく位相格子４と遮蔽格子５が式（２）、式（４）、式（５）を満たして移動するよう位相格子と遮蔽格子に接続されたアクチュエーター４１および５１に移動量の指令値を送る。位相格子と遮蔽格子のそれぞれ接続されたアクチュエーター４１、５１は送られた指令値に従って位相格子と遮蔽格子と、遮蔽格子と固定された検出器とを移動させる。
ステップ４：主指令部９から検出器指令部７に検出終了信号を送ることで、検出器６によるＸ線の検出を終了するとともに、検出器６で検出したモアレが検出器指令部７を介し計算機８に転送される。
ステップ５：計算機８において、ＦＦＴ法によりモアレから被検査物３の微分位相像を算出する。さらに微分位相像を積分することで被検査物３の位相像を算出する。
【００８０】
以上のステップを実行することで本実施例のＸ線撮像装置では、光軸と検出器の交点周辺以外の領域におけるモアレのコントラストを従来よりも向上させることができる。従来では、位相格子のアスペクト比と光軸からの距離によっては、モアレがぼけることがあった。また、遮蔽格子のアスペクト比と光軸からの距離によっては、遮蔽格子を透過すべきＸ線がほとんど透過せず、被検査物の微分位相像を取得することが困難であった。しかし、本実施例では、位相格子と遮蔽格子と検出器のそれぞれと光軸との角度を変化させることにより光軸から離れた位置においてもＸ線が位相格子と遮蔽格子に垂直に入射するため、上記のような問題を軽減することができる。これにより、１回の検出により得られるモアレの範囲が従来よりも大きくなるため、撮像範囲を大きくすることができる。
【００８１】
（実施例２）
実施形態２の第２の実施例について図１３と図１４を用いて説明する。図１３は本実施例の構成を表しており、Ｘ線源と被写体の間にＸ線マスク１０と、Ｘ線マスク移動手段としてＸ線マスクと接続されたアクチュエーター１０１を備える点で実施例１と異なる。なお、本実施例の説明は、実施例１と違いのある部分に限定する。
【００８２】
図１４はＸ線マスクの構造を表しており、Ｘ線マスク１０はＸ線を透過する透過部１０２とＸ線を遮蔽する遮蔽部１０３を有する。Ｘ線マスク１０はＸ線源１と被検査物３の間に配置されているので、Ｘ線源１から放射されたＸ線の内で透過部１０２に入射したＸ線のみが被検査物３に照射され、Ｘ線検出器６まで達する。Ｘ線マスクに接続されたアクチュエーター１０１は主指令部９の指令を受けてＸ線マスク１０の位置を変えることができる。
【００８３】
主指令部９は、遮蔽格子５に垂直に入射するＸ線が常にＸ線マスクの透過部１０２、望ましくはその中心、を通るようにＸ線マスク１０が移動するようにＸ線マスクに接続されたアクチュエーター１０１に指令の信号を送る。
【００８４】
遮蔽格子５に垂直に入射するＸ線は、コントラストの明瞭なモアレを生じさせるＸ線であり、これが被検査物３を透過して検出器６に達する。一方、遮蔽格子５に垂直に入射するＸ線から離れたＸ線、つまり遮蔽格子５に対してある程度以上斜めに入射するＸ線はＸ線マスク１０によって遮蔽され、検出器６はもちろん、被検査物３にも達しない。このとき、ある程度以上とは、Ｘ線マスクの透過部１０２の大きさと、遮蔽格子に垂直に入射するＸ線が透過部１０２を透過する位置によって決まる。
【００８５】
この状態で実施例１と同様に位相格子４、遮蔽格子５、検出器６を移動させ、位相格子４と遮蔽格子５と検出器６のそれぞれと光軸がなす角度を変化させながら光軸に沿って移動させると、コントラストが明瞭でない領域はＸ線が被検査物３に照射されない。よって、被検査物の被ばく量を実施例１と比較して低下させることができる。また、コントラストの明瞭でない領域はＸ線が検出器に達しないため、その領域はモアレが得られない。そのため、コントラストが明瞭な状態のモアレを形成するＸ線のみが検出器により検出されるため、実施例１に比べてコントラストの良好なモアレの画像が得られる。
【００８６】
なお、Ｘ線マスク１０の透過部１０２と遮断部１０３の境界は、徐々にＸ線の透過率が変化してもよい。こうすることでＸ線が位相格子と遮蔽格子に対して垂直に入射する場所の移動が少ない場合でも、透過部１０２と遮断部１０３の境界が検出結果のモアレに現れ難くなる。図１５は、位相格子の中心と遮蔽格子の中心にＸ線が垂直に入射する時のモアレを図８と同じ条件でシミュレートしたものである。その際、Ｘ線マスク１０の透過部１０２の透過率分布は、透過率が１／ｅとなる半径がＸ線検出器６のサイズに換算してその３／８となるガウス型とした。図１６は、図１５で示した画像の中央を通る水平直線Ｃ１Ｃ２上における強度分布を表しており、図９と比較すると光軸と検出器の交点を中心とした一定の範囲外の領域ではＸ線の強度が小さくなっているのが分かる。
【００８７】
図１７は、実施例１における図１１と同様のシミュレーションによって得られた９枚のモアレの平均画像を表している。図１８は、図１７で示した画像の中央を通る水平直線Ｄ１Ｄ２上における強度分布を表しており、実施例１の図１２に比べて全体的にコントラストが向上していることが分かる。
【００８８】
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、遮蔽格子と検出器は固定せずにそれぞれの移動手段により移動させても良いし、反対に、位相格子と遮蔽格子と検出器を固定して１つの移動手段により移動させても良い。
【符号の説明】
【００８９】
１ Ｘ線源
３ 被検査物
４ 位相格子
４１ 位相格子と接続されたアクチュエーター
５ 遮蔽格子
５１ 遮蔽格子と接続されたアクチュエーター
６ 検出器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線源からの発散Ｘ線を回折することで干渉パターンを形成する回折格子と、前記干渉パターンの一部を遮蔽する遮蔽格子と、前記遮蔽格子を経たＸ線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、
前記回折格子と前記遮蔽格子と前記検出器と、光軸とがなす角度を変化させる角度可変手段を備え、
前記検出器は、
前記回折格子と前記遮蔽格子と前記検出器と、前記光軸とがなす角度の変化に応じて前記Ｘ線の検出を行うことを特徴とするＸ線撮像装置。
【請求項２】
前記角度可変手段は、
前記回折格子と前記遮蔽格子と前記検出器とを移動させることにより前記回折格子と前記遮蔽格子と前記検出器と、光軸とがなす角度を変化させ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】
前記角度可変手段は、
前記回折格子と前記遮蔽格子と前記検出器と、前記光軸とがなす角度を、第１の角度から前記第１の角度と異なる第２の角度に変化させ、
前記検出器は、少なくとも、
前記回折格子と前記遮蔽格子と前記検出器とが、前記光軸と前記第１の角度をなすときと、
前記回折格子と前記遮蔽格子と前記検出器とが、前記光軸と前記第２の角度をなすときと、に前記Ｘ線の検出を行う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】
前記角度可変手段は、前記回折格子と前記遮蔽格子と前記検出器と、前記光軸とがなす角度の変化を、前記検出器による前記Ｘ線の検出中に行う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】
前記角度可変手段は、
前記回折格子と前記遮蔽格子と前記検出器と、前記光軸とがなす角度の変化に伴って、前記回折格子と前記遮蔽格子と前記検出器と、を前記光軸に沿って移動させ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】
前記角度可変手段は、
前記前記回折格子と前記遮蔽格子と前記検出器と、前記光軸とがなす角度の変化に伴って、前記回折格子をΔＬ１、前記遮蔽格子をΔＬ２、前記検出器をΔＬ３、前記光軸に沿って移動させることを特徴とする請求項５に記載のＸ線撮像装置。
但し、前記回折格子と前記光軸のなす角度をθ１、前記Ｘ線源と前記回折格子までの距離をＬ１とするとき、
【数１】
であり、
前記遮蔽格子と前記光軸のなす角度をθ２、前記Ｘ線源と前記遮蔽格子までの距離をＬ２とするとき、
【数２】
であり、
前記検出器と前記光軸のなす角度をθ３、前記Ｘ線源と前記検出器までの距離をＬ３とするとき、
【数３】
である。
【請求項７】
前記角度可変手段は、
前記回折格子上の回転中心を中心として前記回折格子を回転させることにより前記回折格子と前記光軸とがなす角度を変化させ、
前記遮蔽格子上の回転中心を中心として前記遮蔽格子を回転させることにより前記遮蔽格子と前記光軸とがなす角度を変化させ、
前記検出器上の回転中心を中心として前記検出器を回転させることにより前記検出器と前記光軸とがなす角度を変化させ、
前記回折格子上の回転中心は、前記回折格子と前記光軸とがなす角度の変化に伴って前記回折格子上を移動し、
前記遮蔽格子上の回転中心は、前記遮蔽格子と前記光軸とがなす角度の変化に伴って前記遮蔽格子上を移動し、
前記検出器上の回転中心は、前記検出器と前記光軸とがなす角度の変化に伴って前記検出器上を移動す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】
前記発散Ｘ線を透過する透過部と前記発散Ｘ線を遮蔽する遮蔽部を有するＸ線マスクと、
前記Ｘ線マスクを移動させるＸ線マスク移動手段と、を備え、
前記Ｘ線マスクは前記Ｘ線源と前記被検査物との間に配置され、
前記Ｘ線マスク移動手段は、
前記Ｘ線のうち前記遮蔽格子に対して垂直に入射するＸ線が、前記Ｘ線マスクの前記透過部を通るように、前記遮蔽格子と前記光軸とがなす角度に応じて前記Ｘ線マスクを移動させ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。
【請求項９】
前記角度可変手段は、
前記発散Ｘ線のうち、前記発散Ｘ線の前記光軸以外を通る周辺Ｘ線が、前記回折格子と前記遮蔽格子と前記検出器とに対して垂直に入射するように前記回折格子と前記遮蔽格子と前記検出器と、前記光軸との角度を変化させることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のＸ線撮像装置。
【請求項１】
Ｘ線源からの発散Ｘ線を回折することで干渉パターンを形成する回折格子と、前記干渉パターンの一部を遮蔽する遮蔽格子と、前記遮蔽格子を経たＸ線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、
前記回折格子と前記遮蔽格子と前記検出器と、光軸とがなす角度を変化させる角度可変手段を備え、
前記検出器は、
前記回折格子と前記遮蔽格子と前記検出器と、前記光軸とがなす角度の変化に応じて前記Ｘ線の検出を行うことを特徴とするＸ線撮像装置。
【請求項２】
前記角度可変手段は、
前記回折格子と前記遮蔽格子と前記検出器とを移動させることにより前記回折格子と前記遮蔽格子と前記検出器と、光軸とがなす角度を変化させ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】
前記角度可変手段は、
前記回折格子と前記遮蔽格子と前記検出器と、前記光軸とがなす角度を、第１の角度から前記第１の角度と異なる第２の角度に変化させ、
前記検出器は、少なくとも、
前記回折格子と前記遮蔽格子と前記検出器とが、前記光軸と前記第１の角度をなすときと、
前記回折格子と前記遮蔽格子と前記検出器とが、前記光軸と前記第２の角度をなすときと、に前記Ｘ線の検出を行う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】
前記角度可変手段は、前記回折格子と前記遮蔽格子と前記検出器と、前記光軸とがなす角度の変化を、前記検出器による前記Ｘ線の検出中に行う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】
前記角度可変手段は、
前記回折格子と前記遮蔽格子と前記検出器と、前記光軸とがなす角度の変化に伴って、前記回折格子と前記遮蔽格子と前記検出器と、を前記光軸に沿って移動させ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】
前記角度可変手段は、
前記前記回折格子と前記遮蔽格子と前記検出器と、前記光軸とがなす角度の変化に伴って、前記回折格子をΔＬ１、前記遮蔽格子をΔＬ２、前記検出器をΔＬ３、前記光軸に沿って移動させることを特徴とする請求項５に記載のＸ線撮像装置。
但し、前記回折格子と前記光軸のなす角度をθ１、前記Ｘ線源と前記回折格子までの距離をＬ１とするとき、
【数１】
であり、
前記遮蔽格子と前記光軸のなす角度をθ２、前記Ｘ線源と前記遮蔽格子までの距離をＬ２とするとき、
【数２】
であり、
前記検出器と前記光軸のなす角度をθ３、前記Ｘ線源と前記検出器までの距離をＬ３とするとき、
【数３】
である。
【請求項７】
前記角度可変手段は、
前記回折格子上の回転中心を中心として前記回折格子を回転させることにより前記回折格子と前記光軸とがなす角度を変化させ、
前記遮蔽格子上の回転中心を中心として前記遮蔽格子を回転させることにより前記遮蔽格子と前記光軸とがなす角度を変化させ、
前記検出器上の回転中心を中心として前記検出器を回転させることにより前記検出器と前記光軸とがなす角度を変化させ、
前記回折格子上の回転中心は、前記回折格子と前記光軸とがなす角度の変化に伴って前記回折格子上を移動し、
前記遮蔽格子上の回転中心は、前記遮蔽格子と前記光軸とがなす角度の変化に伴って前記遮蔽格子上を移動し、
前記検出器上の回転中心は、前記検出器と前記光軸とがなす角度の変化に伴って前記検出器上を移動す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】
前記発散Ｘ線を透過する透過部と前記発散Ｘ線を遮蔽する遮蔽部を有するＸ線マスクと、
前記Ｘ線マスクを移動させるＸ線マスク移動手段と、を備え、
前記Ｘ線マスクは前記Ｘ線源と前記被検査物との間に配置され、
前記Ｘ線マスク移動手段は、
前記Ｘ線のうち前記遮蔽格子に対して垂直に入射するＸ線が、前記Ｘ線マスクの前記透過部を通るように、前記遮蔽格子と前記光軸とがなす角度に応じて前記Ｘ線マスクを移動させ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。
【請求項９】
前記角度可変手段は、
前記発散Ｘ線のうち、前記発散Ｘ線の前記光軸以外を通る周辺Ｘ線が、前記回折格子と前記遮蔽格子と前記検出器とに対して垂直に入射するように前記回折格子と前記遮蔽格子と前記検出器と、前記光軸との角度を変化させることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のＸ線撮像装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図７】
【図９】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１６】
【図１８】
【図６】
【図８】
【図１０】
【図１１】
【図１５】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図７】
【図９】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１６】
【図１８】
【図６】
【図８】
【図１０】
【図１１】
【図１５】
【図１７】
【公開番号】特開２０１３−６３０９９（Ｐ２０１３−６３０９９Ａ）
【公開日】平成２５年４月１１日（２０１３．４．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０１８１９（Ｐ２０１１−２０１８１９）
【出願日】平成２３年９月１５日（２０１１．９．１５）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月１１日（２０１３．４．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月１５日（２０１１．９．１５）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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