JP2011172900A - Ｘ線撮像装置およびｘ線撮像方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 Ｘ線の遮蔽マスクを使わずに、被検知物の微分位相像を得ることが可能なＸ線撮像装置等を提供する。
【解決手段】 Ｘ線源と、Ｘ線源から発生したＸ線を空間的に分割する分割素子と、分割素子により分割されたＸ線が入射することにより発光するシンチレータを有する。また、シンチレータで発光した光の透過量を制限する光透過量制限手段と、この光透過量制限手段を通過した後の光量を検出する複数の光検出器とを備える。この光透過量制限手段は、Ｘ線の入射位置の変化に応じて光検出器で検出される光強度が変化するように構成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、Ｘ線を用いた撮像装置および撮像方法に関する。

放射線を用いた非破壊検査法は工業利用から医療利用まで幅広い分野で用いられている。例えば、Ｘ線は波長が約１ｐｍ〜１０ｎｍ（１０^−１２〜１０^−８ｍ）程度の電磁波であり、このうち波長の短いＸ線を硬Ｘ線、波長の長いＸ線を軟Ｘ線という。

被検知物にＸ線を透過させた時の透過率の違いを用いた吸収コントラスト法では、この方法によって得られる吸収像におけるＸ線の透過能の高さを利用し、鉄鋼材料などの内部亀裂検査や手荷物検査などのセキュリティ分野の用途として実用化されている。

一方、Ｘ線の吸収によるコントラストがつきにくい密度差の小さい物質で構成されている被検知物に対しては、被検知物によるＸ線の位相変化を検出するＸ線位相イメージングが有効である。

Ｘ線位相イメージングの一つとして、特許文献１では、Ｘ線を分割する分割素子を用いるとともに、検出器の画素のエッジ部分（画素同士の境界）にＸ線を遮蔽するマスクを設置したＸ線撮像装置が開示されている。この装置では、被検知物がない状態において、Ｘ線遮蔽マスクの一部にＸ線が照射するようにセッティングを行う。その後、被検知物を配置すれば、被検知物によりＸ線が屈折し、Ｘ線遮蔽マスクに照射されているＸ線の位置が変化する。このＸ線の位置変化量に応じてＸ線遮蔽マスクが遮蔽するＸ線の光量も変化することから、被検知物の屈折効果を強度変化として検知できる。この結果、被検知物によるＸ線の位相変化を検出することが可能となる。

国際公開第２００８／０２９１０７号パンフレット

しかしながら、上記した特許文献１に記載のＸ線撮像装置では、検出器の各画素にＸ線を遮蔽するマスクを設置するが、Ｘ線の物質に対する透過能を考えると、マスクの材料としては金や白金などの重元素材料を用いなくてはならず、生産コストが高くなる。

また、特許文献１に記載のＸ線撮像装置に用いるマスクは、遮蔽性を確保するために高アスペクト比のマスクを用いなくてはならず、マスク壁面に対するＸ線の散乱が、画質に影響を与えることが考えられる。
そこで、本発明は、Ｘ線の遮蔽マスクを用いずに、被検知物によるＸ線の屈折効果を強度変化として検知するＸ線撮像装置およびその撮像方法の提供を目的とする。

本願発明に係るＸ線撮像装置は、Ｘ線源と、前記Ｘ線源から発生したＸ線を空間的に分割する分割素子と、前記分割素子により分割されたＸ線が入射することにより発光するシンチレータと、前記シンチレータで発光した光の透過量を制限する光透過量制限手段と、前記光透過量制限手段を通過した後の光量を検出する複数の光検出器と、を備えたＸ線撮像装置であって、前記光透過量制限手段は、前記Ｘ線の入射位置の変化に応じて前記光検出器で検出される光強度が変化するように構成されていることを特徴とする。

本発明によれば、Ｘ線の遮蔽マスクを用いずに、被検知物によるＸ線の屈折効果を強度変化として検知するＸ線撮像装置およびその撮像方法の提供が可能となる。

本発明の実施形態１、２、３、４、５、６におけるＸ線撮像装置の構成を説明する概略図。 本発明の実施形態１における検出手段を説明する構成図。 本発明の実施形態１、２における演算手段を説明する処理フロー図。 本発明の実施形態２における検出手段を説明する構成図。 本発明の実施形態３における遮光手段を説明する構成図。 本発明の実施形態３、４、５、６における演算手段を説明する処理フロー図。 本発明の実施形態４における遮光手段を説明する構成図。 本発明の実施形態５における検出手段を説明する構成図。 本発明の実施形態６における検出手段を説明する構成図。 本発明の実施形態７におけるＸ線撮像装置の構成を説明する概略図。 本発明の実施形態８におけるＸ線撮像装置の構成を説明する概略図。 物質によってＸ線が屈折される様子を説明する図。 本発明の実施形態８における検出手段を説明する構成図。

本発明の実施形態におけるＸ線撮像装置では、Ｘ線を被検知物に透過させた際に生じるＸ線の位置変化量またはＸ線の強度分布の変化によってＸ線の位相変化情報を取得するように構成される。

そして、このようにＸ線の被検知物による位相変化を利用するに際し、検出器の画素サイズに対してＸ線の移動量検出範囲あるいはＸ線強度分布変化を十分に取ることができるように構成される。

具体的には、Ｘ線の被検知物での屈折効果によるＸ線の微量な位置変化あるいは強度分布変化を検出するために、シンチレータで発光した光の透過量を制限する光透過量制限手段を用いる。ここで、「光透過量制限手段」とは、例えばシンチレータで発光した光の一部を遮光するための遮光マスクを有する遮光手段や、光を減衰するための光学フィルタを有する減光手段である。この遮光手段と減光手段は、Ｘ線の入射位置変化やＸ線の強度分布変化によって、１画素に対応する領域の光透過量を変化させることができる。そのため、遮光手段や減光手段を通過した後の光量を光検出器で検出することにより、入射位置変化や強度分布変化に関する情報を取得することができる。

また、実施形態３で説明するように、被検知物によるＸ線の吸収情報（透過率）を考慮した微分位相像等を取得するために、Ｘ線の移動方向に対して単位長さあたりの検出光強度変化が異なる２種類の遮光マスクを有する領域を備えた遮光手段を用いても良い。

例えば、Ｘ線の入射位置が所定の方向に移動した場合に光透過量が増加するように構成された第１の遮光マスクと、逆に光透過量が減少するように構成された第２の遮光マスクを用いても良い。この場合、第１の遮光マスクを有する第１の領域と、第２の遮光マスクを有する第２の領域は隣接していることが好ましい。

また、実施形態４で説明するように、被検知物によるＸ線の吸収情報（透過率）を考慮した微分位相像等を取得するために、遮光マスクを有する第１の領域と、遮光マスクを有さない第２の領域を備えた遮光手段を用いてもよい。この場合、第１の領域と第２の領域は隣接していることが好ましい。

また、実施形態５で説明するように、被検知物によるＸ線の吸収情報（透過率）を考慮した微分位相像等を取得するために、入射Ｘ線の一部が遮蔽されている第１の検出画素と、入射Ｘ線が遮蔽されていない第２の検出画素を用いてもよい。

また、実施形態６で説明するように、被検知物によるＸ線の吸収情報（透過率）を考慮した微分位相像等を取得するために、Ｘ線の移動方向に対して単位移動量あたりの検出光強度変化が異なる２種類の光学フィルタを有する領域を備えた減光手段を用いても良い。

例えば、Ｘ線の入射位置が所定の方向に移動した場合に光透過量が増加するように構成された第１の光学フィルタと、逆に光透過量が減少するように構成された第２の光学フィルタを用いても良い。この場合、第１の光学フィルタを有する第１の領域と、第２の光学フィルタを有する第２の領域は隣接していることが好ましい。

また、実施形態７で説明するように、被検知物によるＸ線の吸収情報（透過率）を考慮した微分位相像等を取得するために、光学フィルタを有する第１の領域と、光学フィルタを有さない第２の領域を備えた減光手段を用いても良い。この場合、第１の領域と第２の領域は隣接していることが好ましい。

以下に、図を用いて、更に具体的な形態について説明する。

（実施形態１：減光手段を用いたＸ線撮像装置および撮像方法）
図１を用いて、被検知物の位相変化に関する像、例えば微分位相像や位相像を得るＸ線撮像装置について説明する。

図１に示されるように、本実施形態のＸ線撮像装置では、Ｘ線源１０１から発生するＸ線の光路上には分割素子１０３と、被検知物１０４と、検出手段１０５が配置されている。なお、分割素子１０３と、被検知物１０４と、検出手段１０５を移動させるステッピングモータなどの移動手段１０８、１０９、１１０を別途設けても良い。例えば、移動手段１０９を用いることにより被検知物１０４を適宜移動することができるため、被検知物１０４の特定個所についての像を得ることもできる。

Ｘ線源１０１から発生されたＸ線は分割素子１０３により空間的に分割される。すなわち、分割素子１０３は、特許文献１に記載されている複数のアパーチャを有するサンプルマスクとして機能するものであって、この分割素子１０３を透過したＸ線はＸ線の束となる。分割素子１０３は、例えばラインアンドスペースを有したスリットアレイである。ただし、分割素子１０３はピンホールアレイであっても構わない。また、Ｘ線を透過する領域が１次元的に配列されていても、２次元的に配列されていても構わない。

また、分割素子１０３に設けられたスリット等はＸ線を透過する形態であれば、分割素子の基板を貫通しなくとも良い。分割素子１０３の材料としては、Ｘ線の吸収率が高いＰｔ、Ａｕ、Ｐｂ、Ｔａ、Ｗなどの材料から選択される。あるいは、これらの材料を含む化合物であってもよい。

分割素子１０３により分割され、検出手段１０５の位置に照射されるＸ線のラインアンドスペースパターンの周期は検出手段１０５の画素サイズ以上である。すなわち、検出手段を構成する画素の大きさは、分割素子１０３により分割されたＸ線の前記検出手段に投影される空間的な周期以下である。

分割素子１０３により空間的に分割された線状のＸ線は、被検知物１０４によって位相が変化し、屈折する。屈折したそれぞれのＸ線は検出手段１０５により検出される。検出手段１０５により得たＸ線に関する情報は演算手段１０６により信号処理がなされ、モニタ等の表示手段１０７に出力される。

被検知物１０４としては、動物、植物、人体、有機材料、無機材料、無機有機複合材料等が挙げられる。

なお、単色Ｘ線を用いる場合には、Ｘ線源１０１と分割素子１０３の間にスリットと組み合わせたモノクロメータやＸ線多層膜ミラーなどの単色化手段１０２を配置してもよい。

また、被検知物１０４からの散乱Ｘ線による像の不明瞭化を軽減するために、被検知物１０４と検出手段１０５の間にレントゲン撮影に用いられるグリッドを配置しても良い。

図２を用いて、本実施形態における検出手段１０５について説明する。検出手段１０５はシンチレータ２０６、減光手段２０３、光検出器２０５によって構成されている。光検出器２０５が２次元的に配列されているためそれぞれの光検出器２０５が検出画像の画素に相当する。

シンチレータ２０６は、Ｘ線に対して感度を持ち、Ｘ線を光検出器２０５で検出できる光に変換するものであり、例えばヨウ化セシウム（ＣｓＩ）などの蛍光体が用いられる。また、光検出器２０５はシンチレータの発光波長領域で感度があればよく、例えば単結晶シリコンや非単結晶シリコン等の半導体を用いた光電変換素子、などが用いられる。なお、シンチレータ２０６と減光手段２０３と光検出器２０５は図２のように一体的に形成されていてもよく、離間して配置しても良い。

図２において、基準Ｘ線２０１は被検知物１０４のない状態での分割されたＸ線を示し、Ｘ線２０２は被検知物１０４によって屈折したＸ線を示している。この基準Ｘ線２０１は光検出器２０５の中央部を通るようにセッティングしておくことが好ましい。

減光手段２０３は光学フィルタ２０４が複数設けられた構成になっている。光学フィルタ２０４はＸ方向（入射するＸ線に対して垂直方向）に対して連続的または段階的に光透過率が徐々に変化するフィルタである。光学フィルタ２０４は、光透過性のある基板上に連続的に膜厚を変えて金属を積層させたものなどが用いられる。なお、「連続的」との用語は、「段階的（ステップ状）」の概念を含むものとして扱うこともある。

このような構成によれば、Ｘ線２０２が基準Ｘ線２０１に対してＸ方向に変位すると、光検出器２０５で検出される信号強度が変化する。このため、検出強度から被検知物１０４による基準Ｘ線２０１からの位置変化量を得ることができる。

例えば基準Ｘ線２０１の光検出器２０５による検出強度を（Ｉ_０）とし、基準Ｘ線２０１から移動量（Δｘ）に対応するＸ線２０２に対する検出強度（Ｉ）とし、これらの検出強度の関係が例えば線形の場合、光検出器によって検出される強度（Ｉ）は、式（１）によって表される。
Ｉ＝Ｉ_０＋ａΔｘ 式（１）
上記式において、ａは定数である。この式を用いることにより、検出強度（Ｉ）からＸ線の移動量を得ることができる。なお、ここでは被検知物１０４によるＸ線の吸収は考慮していない。

演算処理のフローを図３に示す。
まず、各Ｘ線に対する光強度情報を取得する（Ｓ１００）。
次に、各光検出器２０５における光強度（Ｉ）から基準Ｘ線２０１に対する位置変化量（Δｘ）を算出する（Ｓ１０１）。あるいは、被検知物１０４が無い状態での光検出強度とＸ線の位置（ｘ）の対応関係をデータテーブルとして演算手段１０６や他のメモリなどに格納しておき、測定強度からデータテーブルを参照して位置変化量（Δｘ）を求めても良い。

次に、以下の式（２）を用いて各Ｘ線の屈折角（Δθ）を算出する（Ｓ１０２）。

ここで、Δｘは、基準Ｘ線２０１に対する位置変化量であり、Ｚは、被検知物１０４から検出手段１０５までの距離である。

次に、以下の式（３）を用いて光検出器（画素）２０５における微分位相（ｄφ／ｄｘ）を演算して微分位相情報を取得する（Ｓ１０３）。

ここでλはＸ線の波長であり連続Ｘ線を用いる場合は実効波長を意味する。

次に、得られた各微分位相（ｄφ／ｄｘ）をＸ方向に積分することによって位相（φ）を演算して位相情報を取得する（Ｓ１０４）。
表示手段１０７には、この様に算出された位置変化量（Δｘ）の像、微分位相像（ｄφ／ｄｘ）、Ｘ線位相像（φ）などの画像のほか、測定強度分布像を表示することができる（Ｓ１０５）。

上記の構成によれば、Ｘ線を遮蔽するための重元素材料を用いたＸ線遮蔽マスクを使用する必要がないので生産コストを上げることが無い。また、高アスペクト比のＸ線遮蔽マスクを使用する必要がないため、Ｘ線遮蔽マスクからの散乱の影響を低減することができ、画像の高画質化を実現できる。

なお、上記では、図２において、紙面のＸ方向に透過率勾配を有する光学フィルタについて説明したが、紙面の垂直方向（Ｙ方向）に透過率勾配を有する光学フィルタを用いても良い。

また、分割素子１０３として、２次元のピンホールアレイを用い、Ｘ方向とＹ方向に透過率勾配を有する光学フィルタを用いることにより、２次元方向の位相勾配を検出することも可能となる。

また、Ｘ方向に透過率勾配を有する光学フィルタと、Ｙ方向に透過率勾配を有する光学フィルタを積層化することにより２次元方向の位相勾配を検出しても良い。

（実施形態２：遮光手段を用いたＸ線撮像装置および撮像方法）
実施形態２では実施形態１の減光手段２０３の代わりに遮光手段を用いたＸ線撮像装置および撮像方法の例を示す。つまり、本実施形態では、実施形態１で説明した検出手段１０５とは異なる検出手段１０５を用いる。その他の装置構成は実施形態１と同じである。図４は検出手段１０５の一部分であり、Ｘ線の入射方向に対して垂直方向から見た図である。すなわち、図４においては、上から下に向かってＸ線４０３が入射し、屈折効果により左右方向にＸ線の位置が変化する。

図４において、光検出器４０１のエッジ部分上（光検出器の境界上）には遮光マスク４０２が設置されている。この遮光マスク４０２は、シンチレータ４０４で発光した光の一部を遮光する。なお、遮光マスク４０２が複数配列されたものを遮光手段４０５という。

遮光マスク４０２は、シンチレータで発光した波長領域の光を遮光できるものであればよく、例えばプラスチックフィルムに黒色で遮光パターンを印刷したものや、金属で遮光パターンを蒸着したもの等を使うことができる。なお、遮光マスクは完全に光を遮光しなければならないものではなく、目的を達成できる程度において光を透過してもよい。

入射Ｘ線４０３は遮光マスク４０２のＸ方向のエッジに、入射Ｘ線のＸ方向の中心が一致するようにシンチレータ４０４に入射されるようにセッティングすることが好ましい。なお、入射Ｘ線４０３の幅をここではＷとする。

このような配置で被検知物１０４に対してＸ線を入射すると、屈折効果により各入射Ｘ線４０３のシンチレータ４０４上での位置が変化する。この位置変化によりシンチレータ４０４で発光した光の検出量が変化するため、位置変化を光強度変化として検出することができる。

入射Ｘ線４０３が被検知物１０４によって屈折し、Ｘ方向にΔｘ移動したときの光検出器４０１による光検出強度（Ｉ）は例えば式（４）によって示すことができる。

Ｉ_０は被検知物１０４がない状態での光検出強度を示している。また、シンチレータ４０４は十分薄く、シンチレータ４０４内での発光した光の広がりは式（４）では考慮していない。

つまり、被検知物がない状態での光検出強度（Ｉ０）と被検知物がある状態での光検出強度（Ｉ）から位置変化量（Δｘ）を求めることができる。またシンチレータ内での発光した光の広がりを考慮して、被検知物１０４が無い状態での光検出強度とＸ線の位置（ｘ）の対応関係をデータテーブルとして演算手段１０６などに格納しておき、測定強度からデータテーブルを参照して位置変化量（Δｘ）を求めても良い。

演算処理のフローは実施形態１と同様であり、演算処理によって、位置変化量（Δｘ）の像、微分位相像（ｄφ／ｄｘ）、位相像（φ）等を得ることができる。

なお、上記では、図４において、Ｘ方向の位置変化にのみ感度を有する構成例を説明したが、紙面の垂直方向（Ｙ方向）の位置変化に対して感度を有するような遮光マスクを用いても良い。

また、分割素子１０３としてピンホールアレイを用い、Ｘ方向とＹ方向の位置変化に対して感度を有する遮光マスクを用いることにより、２次元方向の位相勾配を検出することも可能となる。

また、Ｘ方向に透過率勾配を有する遮光マスクと、Ｙ方向に透過率勾配を有する遮光マスクを積層化することにより２次元方向の位相勾配を検出しても良い。

（実施形態３：透過率を算出するための遮光手段）
実施形態３では被検知物がＸ線に対して十分吸収を持つ場合に好適に使用できるＸ線撮像装置および撮像方法の例を示す。

本実施形態では、実施形態２で説明した遮光手段４０５の代わりに、図５に示す遮光手段５０３を用いる点が異なる。その他の装置構成は実施形態１と同じである。

図５を用いて、本実施形態における遮光手段５０３について説明する。図５に示されている遮光手段５０３は、図１で説明した検出手段１０５の一部分の模式図である。つまり検出手段１０５はＸ線の入射方向からシンチレータ、遮光手段５０３、光検出器の層状構造を有している。

基準Ｘ線５０１は被検知物１０４のない状態での分割されたＸ線を示し、Ｘ線５０２は被検知物１０４によって屈折したＸ線を示している。なお、基準Ｘ線５０１は、画素５０６のＸ方向における中央に入射されるようにセッティングすることが好ましい。
遮光手段５０３はＸ方向の移動に対して、光検出器による光検出強度が強くなるような構造体である遮光マスク５０４（第１の遮光マスク）と、Ｘ方向の移動に対し、光検出強度が弱くなるような構造体である遮光マスク５０５（第２の遮光マスク）が交互に配された構成とされている。つまりＸ線の移動方向に対して単位長さあたりの検出光強度変化が異なる２種類の遮光マスク５０４、５０５を用いた構成である。

被検知物１０４を経てΔｘだけ移動して検出手段１０５に入射したＸ線は検出手段内のシンチレータに入射し、発光した光が遮光マスク５０４を経て検出された光強度（Ｉ’_１）は、例えば式（５）によって表される。

Ｉ_０１は被検知物１０４が無い状態において、各画素５０６に相当するシンチレータに照射されるＸ線によって発光する光強度であり、Ｐは画素５０６の一辺の大きさである。また、Ａは被検知物１０４におけるＸ線の透過率である。

一方、被検知物１０４を経てΔｘだけ移動して検出手段１０５に入射したＸ線は検出手段内のシンチレータに入射し発光する。発光した光が遮光マスク５０５を経て検出された光強度（Ｉ’_２）は、次の式（６）によって表される。

Ｉ_０２は被検知物１０４が無い状態において、各画素５０６に相当するシンチレータに照射されるＸ線によって発光する光強度である。
遮光マスク５０４、５０５に対する基準Ｘ線５０１に対する光検出強度をＩ_１、Ｉ_２とすると、式（５）、式（６）から位置変化量（Δｘ）は、つぎの式（７）で表すことができる。

このようにして式（７）によりΔｘを得ることができるので、Δｘを用いて被検知物１０４の透過率（Ａ）も求めることができる。

また、２種類の遮光マスクが対称な構造でなくても検知物１０４が無い状態での検出光強度と画素５０６内の位置（ｘ）の対応関係をデータテーブルとして演算手段１０６などに格納しておき、位置変化量（Δｘ）、透過率（Ａ）を求めても良い。

すなわち、２種類の遮光マスクに対する上記データテーブルから、位置（ｘ）に対する検出光強度を定式化することにより、同様に位置変化量（Δｘ）、Ｘ線透過率（Ａ）を求めることができる。

つまり、隣り合う遮光マスク５０４、５０５における基準Ｘ線５０１とＸ線５０２による光検出強度の関係から、被検知物１０４での吸収の効果による透過率及び屈折による位置変化量を得ることができる。なお、遮光マスク５０４、５０５はＸ線に対して斜めに横切るように配置されているが、Ｘ線の位置変化量を取得できる限りにおいてはどのような形状であってもよい。

なお、この場合、遮光マスク５０４と遮光マスク５０５の２つの領域でのＸ線強度の情報を用いるためＸ方向の空間分解能が１／２になる。
そこで、上記測定に加えて分割素子１０３と検出手段１０５もしくは被検知物１０４をＸ方向に遮光マスク５０４のＸ方向の長さ分、移動させ同様に測定することも可能である。

これにより、先にＸ線位置変化量を測定した被検知物１０４の位置に相当するＸ線透過率（Ａ）、位置変化量（Δｘ）の情報を得ることができる。

検出手段１０５により光強度を検出することにより、演算手段１０６を用いて、透過率（Ａ）、微分位相（ｄφ／ｄｘ）および位相（φ）を算出することができる。また、このようにして算出したＸ線透過率像、位置変化量像（Δｘ）、微分位相像（ｄφ／ｄｘ）、位相像（φ）を表示手段１０７に表示することもできる。

つぎに、図６を用いて、演算処理のフローについて説明する。
まず、各Ｘ線の強度情報を取得する（Ｓ２００）。
次に、各Ｘ線５０２に対する光検出強度から基準Ｘ線５０１に対する位置変化量（Δｘ）およびＸ線透過率（Ａ）を算出する（Ｓ２０１）。

次に、位置変化量（Δｘ）と被検知物１０４−検出手段１０５間距離（Ｚ）を用いて実施形態１と同様に、各Ｘ線の屈折角（Δθ）を求める（Ｓ２０２）。

各Ｘ線の屈折角（Δθ）から微分位相（ｄφ／ｄｘ）を算出する（Ｓ２０３）。次に、得られた各微分位相（ｄφ／ｄｘ）をＸ方向に積分することによって位相（φ）を算出する（Ｓ２０４）。

この様に算出されたＸ線透過率像、位置変化量像、微分位相像、位相像などの画像は表示手段１０７によって表示することができる（Ｓ２０５）。また、測定強度分布像も同様に表示することができる。
以上の構成によれば、吸収の効果を考慮した微分位相像や位相像を測定することができる。

（実施形態４：透過率を算出するための他の遮光手段）
実施形態４では、被検知物がＸ線に対して十分吸収を持つ場合に好適に使用できるＸ線撮像装置および撮像方法の例について説明する。

本実施形態では、実施形態２で説明した遮光手段４０５の代わりに、図７に示す遮光手段７０３を用いる点が異なる。すなわち、本実施形態では、シンチレータで発光した光を遮光する部分を有する領域と遮光する部分を有さない領域が設けられている。その他の基本的な装置構成は実施形態１と同じである。

図７に示されている遮光手段７０３は、図１で説明した検出段１０５の一部分の模式図である。つまり検出手段１０５はＸ線の入射方向からシンチレータ、遮光手段７０３、光検出器の層状構造を有している。
分割素子１０３により空間的に分割された線状のＸ線は被検知物１０４に照射され、透過Ｘ線は検出手段１０５に入射する。

基準Ｘ線７０１は被検知物１０４のない状態での分割されたＸ線を示し、Ｘ線７０２は被検知物１０４によって屈折したＸ線を示している。基準Ｘ線７０１は遮光マスク７０４のＸ方向における中心の位置に照射されるようにセッティングすることが好ましい。

遮光手段７０３は遮光マスク７０４が設けられている領域と、Ｘ線の移動に対して、シンチレータによって発光した光に対する検出強度が変化しない領域７０５を交互に並べた構成とされている。なお、ここでＸ線の移動に対して光の検出強度が変化しないとは、実質的に光の検出強度が変化しないことをいう。すなわち、吸収情報が取得できる限りにおいては、Ｘ線の移動に対して光の強度が多少変化してもよい。

このような構成により遮光マスク７０４がない領域７０５から被検知物１０４に対するＸ線の透過率Ａを求めることができる。この結果、各遮光マスク７０４がない領域７０５の透過率Ａから遮光マスク７０４がある領域の透過率を補完的に求めることができる。

同様に各遮光マスク７０４がある領域においてのＸ線７０２の屈折角を求めることができるので、透過率Ａと同様に各遮光マスク７０４がない領域７０５での屈折角を補完的に求めることができる。

なお、遮光マスク７０４はＸ線に対して斜めに横切るように配置されているが、Ｘ線の位置変化量が取得できる限りにおいてはどのような形状であってもよい。

上記の場合、遮光マスク７０４と遮光マスク７０４のない領域７０５の異なる２つの領域でのＸ線強度の情報を用いるためＸ方向の空間分解能が１／２になる。

そこで、上記測定に加えて分割素子１０３と検出手段１０５もしくは被検知物１０４をＸおよびＹ方向に遮光手段７０３を画素分移動させて同様に測定することも可能である。これにより、先にＸ線位置変化量を測定した被検知物１０４の位置に相当するＸ線透過率（Ａ）および屈折角の情報を得ることができる。
演算処理１０６のフロー図は実施形態３と同様である。
以上の構成によれば、吸収の効果を考慮した微分位相像や位相像を測定することができる。

また、分割素子１０３としてピンホールアレイを用い、遮光マスク７０４の形状を適宜設定することにより、Ｘ線のＸ方向の移動だけではなく、Ｙ方向に対しても感度を有するように構成することができる。この場合、基準Ｘ線７０１は遮光マスク７０４のＸおよびＹ方向における中心の位置に照射されるようにセッティングすることが好ましい。この場合、遮光マスク７０４の領域でのＸ線強度を透過率Ａで割ることにより、位相変化に関連した像を得ることができる。
以上の構成によれば、吸収の効果を考慮したＸ線の位相変化に関連した像、例えば微分位相像や位相像を測定することができる。

（実施形態５：透過率を算出するための他の遮光手段）
実施形態５では実施形態１の検出手段の代わりに図８に示す検出手段を用いた場合の装置について説明する。装置構成は実施形態１と同じである。

図８において、光検出器８００は、検出画素８０２と検出画素８０３とを有する画素群を複数備えている。この検出画素８０２と左隣の検出画素との境界部（エッジ部）には、遮光マスク８０１が設けられている。一方、検出画素８０２と検出画素８０３のエッジ部には遮光マスクが設けられていない。

この遮光マスク８０１の配置の周期Ｌは検出画素８０２の大きさをＰとした場合その関係はＬ＝２Ｐである。

なお、図８に示しているのは、遮光マスク８０１と光検出器８００が一体化されている例であるが、遮光マスク８０１が光検出器８００に対して離れていてもよい。

遮光マスク８０１の周期に対して一本の入射Ｘ線８０４をシンチレータ８０５に入射すると、シンチレータ８０５で発光した光はＸ方向に対してその一部分が遮光マスク８０１で遮光されると共に、検出画素８０２、８０３の両者に入射する。

このように配置することにより、入射Ｘ線８０４の被検知物１０４による吸収により、検出画素８０２、８０３で検出される光強度が変化する。また、被検知物１０４の屈折効果による入射Ｘ線の位置変化によって、検出画素８０２、８０３で検出される光強度が変化する。

吸収による強度変化は、検出画素８０２と８０３において同じ変化を示すが、位置変化に対する強度変化は、検出画素８０２と８０３でそれぞれ異なる。例えば位置変化に対する強度変化が線形で起こる場合、検出画素８０２、８０３それぞれの強度変化に対する位置変化量は式（８）、（９）で示すことができる。

Ｉ_８０２、Ｉ_８０３は検出画素８０２、８０３での検出強度、Ａは被検知物１０４のＸ線透過率である。つまり被検知物１０４が無い状態で分割素子１０３を移動させながら強度Ｉ_８０２、Ｉ_８０３を測定することにより、その測定データを式（８）、（９）を用いてフィッティングすることにより係数ａ、ｂ、ｃ、ｄを得ることができる。（この場合、Ｘ線透過率Ａは１である）
実際、被検知物１０４について測定した場合、測定強度と式（８）、（９）の連立方程式を解くことによりＸ線透過率Ａと位置変化量ΔＸを得ることができる。
演算処理１０６のフロー図は実施形態３と同様である。
以上の構成によれば、吸収の効果を考慮した位置変化量像、微分位相像、位相像などを得ることができる。

（実施形態６：透過率を算出するための減光手段）
実施形態６では実施形態１の検出手段の代わりに図９に示す検出手段を用いた場合の装置について説明する。装置構成は実施形態１と同じである。

図１に示したＸ線分割素子１０３により空間的に分割された線状のＸ線は被検知物１０４に照射され、透過Ｘ線は検出手段１０５に入射する。検出手段１０５の一部分の模式図を図９に示す。

検出手段１０５はシンチレータ９０６、減光手段９０３、光検出器９０５、９１０によって構成されている。光検出器９０５、９１０が２次元的に配列されているため、それぞれが検出画像の画素に相当する。

基準Ｘ線９０１は被検知物１０４のない状態での分割されたＸ線を示し、光検出器９０５の中央部を通るようにシンチレータ９０６に入射されている。Ｘ線９０２は被検知物１０４によって屈折したＸ線を示している。減光手段９０３は光学フィルタ９０４（第１の光学フィルタ）と光学フィルタ９０９（第２の光学フィルタ）が周期的に並べた構成とされている。

光学フィルタ９０４（第１の光学フィルタ）はシンチレータ９０６の発光点がＸ方向に移動すると透過率が小さくなる。すなわち、発光点の移動により、光検出強度が弱くなる。一方、光学フィルタ９０９（第２の光学フィルタ）はシンチレータ９０６の発光点がＸ方向に移動すると透過率が大きくなる。すなわち、発光点の移動により、光検出強度が強くなる。つまりＸ線の移動方向に対して単位長さあたりの検出光強度変化が異なる２種類の光学フィルタによって減光手段９０３は構成されている。図９では減光手段９０３はＸ方向に対して光透過率の変化が対称的な光学フィルタ９０４、９０９を交互に配列した構造になっている。

光検出器９０５が検出する基準Ｘ線９０１によってシンチレータ９０６が発光した光の強度は例えば式（１０）によってあらわされる光学フィルタを利用する。

Ｉ_０はＸ線分割素子１０３によって空間的に分割されたＸ線がシンチレータに入射した時の発光強度、α、βは定数、ｘ_０は基準Ｘ線９０１のＸ方向の位置である。一方、光検出器９０５が検出する被検知物１０４によって屈折したＸ線９０２によってシンチレータ９０６が発光した光の強度は例えば式（１１）によってあらわされる。

Ａは被検知物１０４のＸ線透過率を示し、ｘはＸ線９０２のＸ方向の位置である。式（８）、式（９）からシンチレータ９０６上での位置変化量（Δｘ）は式（１２）で表すことができる。

上記と同様に、光学フィルタ９０９（第２の光学フィルタ）はＸ方向に対して光透過率の変化が光学フィルタ９０４に対して対称的なので、光検出器９１０が検出する基準Ｘ線９０７によってシンチレータ９０６が発光した光の強度（Ｉ’_１）は式（１３）によって表される。

なお、Ｐは光学フィルタ９０４、９０９のＸ方向の長さである。
一方、光検出器９１０が検出する被検知物１０４によって屈折したＸ線９０８によってシンチレータ９０６が発光した光の強度は式（１４）によって表される。

式（１３）、式（１４）からシンチレータ９０６上での位置変化量（Δｘ）は式（１５）で表すことができる。

したがって式（１２）と式（１５）から、被検知物１０４のＸ線透過率Ａは式（１６）を用いて算出することができる。

すなわち、光検出器９０５で検出した基準Ｘ線９０１、Ｘ線９０２の光学フィルタ９０４を通したシンチレータ９０６で発光した光の強度Ｉ_１、Ｉ_２、光検出器９１０で検出した基準Ｘ線９０７、Ｘ線９０８の光学フィルタ９０９を通したシンチレータ９０６で発光した光の強度Ｉ´_１との強度Ｉ´_２より、Ｘ線透過率Ａが求まる。このＸ線透過率Ａを式（１２）または式（１５）に代入すれば、位置変化量Δｘを得ることができる。

このような手法によれば、２つの光学フィルタから被検知物１０４のＸ線透過率を算出し、更に位置変化量を得るため、被検知物がＸ線に対して十分吸収するような被検知物に対しても高精度の微分位相像または位相像を得ることができる。

この場合、光学フィルタ９０４と光学フィルタ９０９の２つの領域における検出強度の情報を用いて微分位相像を形成するため、空間分解能は１／２となる。

そこで、空間分解能の低減を押さえるために上記測定に加えて分割素子１０３と検出手段１０５もしくは被検知物１０４をＸ方向に光学フィルタ９０４のＸ方向の長さ分、移動させ同様に測定することも可能である。これにより、先にＸ線位置変化量を測定した被検知物１０４の位置に相当するＸ線透過率（Ａ）の情報を得ることができる。

また、検知物１０４が無い状態での検出光強度と光検出器９０５内の位置（ｘ）の対応関係をデータテーブルとして演算手段１０６などに格納しておき、位置変化量（Δｘ）、Ｘ線透過率（Ａ）を求めても良い。
演算処理１０６のフロー図は実施形態３と同様である。
以上の構成によれば、吸収の効果を考慮した微分位相像や位相像を測定することができる。

（実施形態７：透過率を算出するための他の減光手段）
実施形態７では実施形態１の検出手段１０５の代わりに図１０に示す検出手段を用いた場合の装置について説明する。装置構成は実施形態１と同じである。Ｘ線分割素子１０３により空間的に分割された線状のＸ線は被検知物１０４に照射され、透過Ｘ線は検出手段１０５に入射する。検出手段１０５の一部分の模式図を図１０に示す。

検出手段はシンチレータ１００６、減光手段１００３、光検出器１００５、１０１０によって構成されている。光検出器１００５、１０１０が２次元的に配列されているため、それぞれが検出画像の画素に相当する。基準Ｘ線１００１は被検知物１０４のない状態での分割されたＸ線を示し、光検出器１００５の中央部を通るようにシンチレータ１００６に入射されている。Ｘ線１００２は被検知物１０４によって屈折したＸ線を示している。減光手段１００３は光学フィルタ１００４（第１の光学フィルタ）と光学フィルタ１００９（第２の光学フィルタ）が周期的に並べた構成とされている。

図１０では、光学フィルタ１００９としてＸ方向のＸ線の移動に対して光検出器１０１０で検出される光強度に実質的に変化がないものを用いた例が記載されている。

光検出器１００５が検出する基準Ｘ線１００１によってシンチレータ１００６が発光した光の強度は式（１０）によって表される光学フィルタを利用する。

一方、光検出器１００５が検出する被検知物１０４によって屈折したＸ線９０２によってシンチレータ１００６が発光した光の強度は式（１１）によってあらわされる。式（１０）、式（１１）からシンチレータ１００６上での位置変化量（Δｘ）は式（１２）で表すことができる。
被検知物１０４のＸ線透過率（Ａ）は、光学フィルタ１００９における基準Ｘ線９０７と屈折したＸ線１００８の強度比から求めることができる。つまり、Ｘ線透過率（Ａ）を求めることにより基準Ｘ線１００１とＸ線１００２の光検出強度の関係から、被検知物１０４での屈折による微量の位置変化量を得ることができる。

この場合、光学フィルタ１００４と隣接した光学フィルタ１００９の２つの領域での光強度の情報を用いるためＸ方向の空間分解能が１／２になる。そこで、空間分解能の低減を押さえるために上記測定に加えて分割素子１０３と検出手段１０５もしくは被検知物１０４をＸ方向に光学フィルタ１００４のＸ方向の長さ分、移動させ同様に測定することも可能である。

これにより、先にＸ線位置変化量を測定した被検知物１０４の位置に相当するＸ線透過率（Ａ）の情報を得ることができる。

また、検知物１０４が無い状態での検出光強度と光検出器１００５内の位置（ｘ）の対応関係をデータテーブルとして演算手段１０６などに格納しておき、位置変化量（Δｘ）、Ｘ線透過率（Ａ）を求めても良い。
演算処理１０６のフロー図は実施形態３と同様である。
以上の構成によれば、吸収の効果を考慮した位置変化量像、微分位相像、位相像などを測定することができる。

（実施形態８：分割素子を設けない構成例）
実施形態８においては、Ｘ線の位相変化から像を得るＸ線撮像装置の構成例について説明する。本実施形態は、上記の実施形態とは異なり、分割素子を用いないことが特徴である。

図１１に、本実施形態におけるＸ線撮像装置の構成例を説明する図を示す。
図１１において、１１０１はＸ線源、１１０２は単色化手段、１１０４は被検知物、１１０５は検出手段、１１０６は表示手段である。

Ｘ線源１１０１から発生したＸ線は、被検知物１１０４によって位相が変化し、その結果、屈折する。屈折したＸ線は検出手段１１０５に入射する。

検出手段１１０５は実施形態１で示した減光手段を有するものや、実施形態２で示した遮光手段を有するものなどを使用することができる。また、他の実施形態で説明した手段も使用することも使用することができる。

検出手段１１０５により得たＸ線に関する情報はモニタ等の表示手段１００６に出力される。また、単色Ｘ線を用いる場合には、Ｘ線源１１０１と被検知物１１０４との間に、単色化手段１１０２を配置してもよい。

図１２はＸ線が物質を透過した際のＸ線の屈折について模式的に示したものである。
物質に対するＸ線の屈折率は１より若干小さい値を有するため図１２に示すような場合に物質１２０２に入射するＸ線において、例えば物質１２０２と何もない部分との境界に近い部分のＸ線１２０１は物質１２０２の外側に向けて屈折する。この際、透過Ｘ線強度は、透過Ｘ線強度分布１２０３が示すように、物質の境界部分で屈折されたＸ線と物質の外側を進行してきたＸ線が強め合う。一方、屈折したＸ線の物質に対する入射位置の延長線上の部分は、Ｘ線が弱くなる。

この結果、得られる透過Ｘ線強度分布１２０３は物質１２０２の輪郭が強調された分布を持つ。しかしながらＸ線の屈折角は非常に小さなため、検出器の画素サイズを考えると、十分に物質と検出器の距離を離さないと、この輪郭強調を検出することができない。

つまり距離を短くした場合は、上記現象によるＸ線の強弱の現象が検出器１２０４の画素１２０５の１画素内で起こるため打ち消しあい、輪郭が強調された像を得ることができない。

そこで、本実施形態では、このＸ線の強め合い弱め合いの現象を物質と検出器の距離を短くした場合にでも検出するために検出手段１１０５を用いる。つぎに、検出手段１１０５について、更に説明する。

図１３に、検出手段１１０５の一部分について説明する模式図を示す。
検出手段１１０５はシンチレータ１３０６、減光手段１３０３、光検出器１３０５によって構成されている。減光手段１３０３は光学フィルタ１３０４が２次元的に配列したものである。光学フィルタ１３０４は、シンチレータ１３０６によって発光する光の透過率がＸ方向に対して連続的な変化を持つような透過率勾配を有している。１３０１は１つの光学フィルタ１３０４の領域における被検知物１００４がない状態でのシンチレータ１３０６に入射する基準Ｘ線強度分布を示し、分布を一様とした。

１３０２は被検知物１１０４がある状態での屈折によって変化したシンチレータ１３０６へ入射するＸ線強度分布である。被検知物１１０４がＸ線に対してほぼ吸収がない状態ではこれらの分布の積分強度は同じになる。つまりこの場合、光学フィルタ１３０４がない場合は同じ強度として検出される。

これに対して、Ｘ方向に透過Ｘ線強度が変化する光学フィルタ１３０４を設置することにより、被検知物１１０４によってＸ線が屈折することによる強度分布変化を透過Ｘ線強度変化に変換することができる。

このため、被検知物１１０４がない状態で撮像した像との割り算などにより強度分布変化だけを抽出できることから、微小な屈折の効果をＸ線強度分布として検出することができる。

被検知物１１０４がＸ線に対して十分吸収のあるものについては強度分布変化に影響を及ぼすが、被検知物１１０４の可視化という点でそのことが問題とはならない。

また、Ｘ方向とＹ方向の位置変化に対して感度を有する光学フィルタを用いることもできる。これにより、２次元方向の位相勾配を検出することも可能となる。

また、Ｘ方向に透過率勾配を有する光学フィルタと、Ｙ方向に透過率勾配を有する光学フィルタを積層化することにより２次元方向の位相勾配を検出しても良い。

このような構成により、微小な強度分布変化も検出できることから被検知物１１０４と検出手段１１０５の距離を長く取る必要性がなく、装置の小型化ができる。なお、被検知物１１０４と検出手段１１０５の距離を長くする構成を選択すれば、より微小な屈折による強度分布変化を検出することもできる。更に位相変化の検出にＸ線の屈折効果を利用するため干渉性の高いＸ線を必ずしも用いる必要がなく、このＸ線撮像装置を用いることによりＸ線の被検知物による屈折効果の像を測定することができる。

また、Ｘ線を遮蔽するための重元素材料を用いたＸ線遮蔽マスクを使用する必要がない。

なお、上記では、検出手段１１０５に減光手段１３０３をもちいたが、減光手段１３０３の代わりに遮光手段を用いても同様の効果を得ることができる。

１０１ Ｘ線源
１０２ 単色化手段
１０３ 分割素子
１０４ 被検知物
１０５ 検出手段
１０６ 演算手段
１０７ 表示手段
２０１ 基準Ｘ線
２０２ Ｘ線
２０３ 減光手段
２０４ 光学フィルタ
２０５ 光検出器
２０６ シンチレータ

Claims (16)

1. Ｘ線源から発生したＸ線を空間的に分割する分割素子と、
   前記分割素子により分割されたＸ線が入射することにより発光するシンチレータと、
   前記シンチレータで発光した光の透過量を制限する光透過量制限手段と、
   前記光透過量制限手段を通過した後の光量を検出する複数の光検出器と、を備えたＸ線撮像装置であって、
   前記光透過量制限手段は、前記Ｘ線の入射位置の変化に応じて前記光検出器で検出される光強度が変化するように構成されていることを特徴とするＸ線撮像装置。
2. 前記光透過量制限手段は、前記シンチレータで発光した光を減衰させる減光手段であって、
   該減光手段は、前記Ｘ線の入射位置に応じて、Ｘ線の透過量を連続的に変化するように構成されている光学フィルタが複数設けられている請求項１に記載のＸ線撮像装置。
3. 前記光学フィルタは、入射するＸ線に対して垂直方向にＸ線の透過率が変化するように構成されている請求項２に記載のＸ線撮像装置。
4. 前記光透過量制限手段は、前記シンチレータで発光した光を遮る遮光手段であって、
   該遮光手段は、前記シンチレータで発光した光の一部を遮蔽する遮光マスクが複数設けられている請求項１に記載のＸ線撮像装置。
5. 前記遮光マスクは、前記複数の光検出器の境界上に設けられている請求項４に記載のＸ線撮像装置。
6. 前記遮光手段は、
   前記Ｘ線の入射位置が所定の方向に移動した場合に、単位移動量あたりの前記光検出器で検出される光強度変化が異なる２種類の遮光マスクを有し、
   前記２種類の遮光マスクが隣接している請求項４または５に記載のＸ線撮像装置。
7. 前記遮光手段は、
   前記Ｘ線の入射位置が所定の方向に移動した場合に前記光検出器で検出される光強度が増加するように構成された第１の遮光マスクを有する第１の領域と、
   前記Ｘ線の入射位置が前記所定の方向に移動した場合に前記光検出器で検出される光強度が減少するように構成された第２の遮光マスクを有する第２の領域とを備え、
   前記第１の領域と前記第２の領域とが隣接している請求項４または５に記載のＸ線撮像装置。
8. 前記遮光手段は、前記遮光マスクを有する第１の領域と、前記遮光マスクを有しない第２の領域とを備え、該第１の領域と該第２の領域とが隣接している請求項４または５に記載のＸ線撮像装置。
9. 前記複数の光検出器の境界上に遮光マスクが設けられている領域と、遮光マスクが設けられていない領域を有することを特徴とする請求項４に記載のＸ線撮像装置。
10. 前記減光手段は、
    前記Ｘ線の入射位置が所定の方向に移動した場合に、単位移動量あたりの前記光検出器で検出される光強度変化が異なる２種類の光学フィルタを有し、
    前記２種類の光学フィルタが隣接している請求項２または３に記載のＸ線撮像装置。
11. 前記減光手段は、
    前記Ｘ線の入射位置が所定の方向に移動した場合に、前記光検出器で検出される光強度が増加するように構成された第１の光学フィルタを有する第１の領域と、
    前記Ｘ線の入射位置が前記所定の方向に移動した場合に前記光検出器で検出される光強度が減少するように構成された第２の光学フィルタを有する第２の領域とを備え、
    前記第１の領域と前記第２の領域とが隣接している請求項２または３に記載のＸ線撮像装置。
12. 前記減光手段は、前記光学フィルタを有する第１の領域と、前記光学フィルタを有しない第２の領域とを備え、該第１の領域と該第２の領域とが隣接している請求項２または３に記載のＸ線撮像装置。
13. 前記検出手段によって検出された光強度から前記被検知物のＸ線の位相変化に関連した像を演算する演算手段を有することを特徴とする請求項１から１２のいずれかに記載のＸ線撮像装置。
14. Ｘ線撮像装置に用いるＸ線撮像方法において、
    空間的にＸ線を分割する工程と、
    前記空間的に分割されたＸ線の入射によりシンチレータから光を発生させる工程と、
    前記Ｘ線の入射位置の変化に応じて、光検出器で検出される光強度が変化するような光透過量制限手段を用いて、該光検出器で検出された光強度から被検知物によるＸ線の位相変化情報を取得する工程を有することを特徴とするＸ線撮像方法。
15. Ｘ線が入射することにより発光するシンチレータと、
    被検知物を透過した際に生じるＸ線の強度分布の変化に応じて、前記シンチレータで発光した光の透過量を制限する光透過量制限手段と、
    前記光透過量制限手段を通過した後の光強度変化を検出する複数の光検出器とを備えたＸ線撮像装置。
16. Ｘ線撮像装置に用いるＸ線撮像方法において、
    Ｘ線の入射によりシンチレータから光を発生させる工程と、
    被検知物を透過した際に生じるＸ線の強度分布の変化に応じて、光検出器で検出される光強度が変化するような光透過量制限手段を用いて、該光透過量制限手段を透過した後の光強度変化を検出することを特徴とするＸ線撮像方法。