JP2020038153A - 放射線画像生成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】格子の周期的構造の周期よりも細かい構造を解像することができる技術において、広い撮影視野を得る。【解決手段】格子部２は、互いに間隔を置いて配置された複数の格子要素２１１を有するＧ１格子２１を備える。複数の格子要素２１１は、放射線７の強度が集中する集中部７１を、Ｇ１格子２１と検出器３との間に形成するＧ１周期構造を有する。集中部７１は、Ｇ１周期構造の周期方向に沿って周期的に形成されている。複数の格子要素２１１におけるＧ１周期構造の延長方向は、放射線７の放射方向に対して傾斜する方向とされている。複数の格子要素２１１におけるＧ１周期構造の周期方向は、放射線７の放射方向に対して交差する方向とされている。検出器３は、格子部２を通過した放射線７を検出する。試料並進部４は、Ｇ１周期構造における周期方向に沿う方向に、かつ、集中部７１を通過するように、試料を並進させる。【選択図】図１

Description

本発明は、被写体を透過した放射線、例えばＸ線における波としての性質を利用して被写体の構造を観察するための技術に関するものである。

透過力が高い放射線、例えばＸ線は、物体内部を透視するためのプローブとして、医用画像診断、非破壊検査、セキュリティチェック、Ｘ線顕微鏡などにおいて、広く利用されている。Ｘ線透視画像のコントラストは、Ｘ線減衰率の違いによっており、Ｘ線を強く吸収する物体はＸ線の影として描出される。

Ｘ線吸収能は、原子番号が大きい元素を多く含むほど強くなる。逆に原子番号が小さい元素から成る物質についてはコントラストがつきにくいことも指摘でき、これが従来のＸ線透視画像の原理的欠点でもある。したがって、生体軟部組織や有機材料などに対しては、十分な感度を得ることができない。

一方、Ｘ線における波としての性質を利用すれば、一般的な従来のＸ線透視画像に比べて最高で約３桁の高感度化を実現できる。以降、これをＸ線位相コントラスト法と称する。この技術を、Ｘ線をあまり吸収しない軽元素からなる物質（生体軟部組織や有機材料など）の観察に適用すれば、従来法では難しかった検査が可能となるため、その実用化が期待される。以下では、主にＸ線を例として説明するが、Ｘ線以外の放射線、例えば中性子線にも同様の処理を適用できる。

Ｘ線位相コントラスト法を利用した高感度撮像法を実現するアプローチとして、透過格子を用いる方法が知られている（下記特許文献１及び２参照）。これは、Ｘ線が照射されている透過格子がＸ線検出器上で形成する強度パターンが、同じＸ線で照射されている被写体における僅かなＸ線の屈折や散乱によって変化する現象を通じ、被写体の構造を表すコントラストを得る方法である。この方法では、従来の透視画像に対応する吸収画像と、被写体によるＸ線の屈折の大小を示す屈折画像と、被写体による散乱の大小を示す散乱画像とを一般的に生成することができる。使用する透過格子の格子周期が微細な場合は、格子による干渉効果（言い換えれば回折効果）による分数Talbot効果を考慮して、上記強度パターンが高いコントラストで現れる位置に検出器が配置される。また、上記強度パターンが直接検出器で解像できないほど細かくなる場合は、その位置にもう一枚の透過格子を配置し、モアレを生成させることにより強度パターンの変化を可視化できる。なお、以降、最初の透過格子をＧ１格子あるいは単にＧ１、第二の透過格子をＧ２格子あるいは単にＧ２と称する。Ｇ１とＧ２からなる構成はTalbot干渉計と呼ばれる。

Talbot干渉計を動作させるには、Ｇ１に照射する放射線の空間的可干渉距離が、Ｇ１周期（Ｇ１における周期的構造の周期）と同等かそれ以上であることが望ましい。これは、放射線の波が揃っていることを要求するものであり、たとえばＸ線では、シンクロトロン放射光やマイクロフォーカスＸ線源を使うことにより満たされる。特に、マイクロフォーカスＸ線源は実験室で使用できる線源であるので、実用性を考える際には特筆される点である。

検出器で解像されて記録された強度パターンあるいはモアレ画像を直接利用することは稀であり、記録された画像をコンピュータにより所定の手順で処理し、吸収画像、屈折画像、および、散乱画像などを生成し、利用することができる。この目的のために、縞走査法が一般的に使用されている。縞走査法とは、いずれかの格子をその周期方向に並進させ、複数の強度パターンあるいはモアレ画像を撮影し、画像演算を行う方法である。より具体的には、いずれかの格子をその周期dの１／Ｍだけ並進させて撮影し、これをＭ回繰り返して得られたＭ枚の画像を用いて画像演算を行う。Ｍは３以上の整数である。

ところで、Talbot干渉計を用いる従来の装置では、縞走査法を用いた場合であっても、得られる画像の空間分解能が、用いられるＧ１格子のパターン周期により制限される。これは、少なくとも格子の一周期分の積分値として、検出器における画素値が与えられるため、本質的に格子周期より細かい構造を可視化することができないからである。すなわち、従来の装置では、格子パターンの周期よりも細かい構造を解像することは難しいという問題があった。

格子の周期構造を微細化することは、空間分解能の向上のために効果的である。しかしながら、格子としては、撮影視野に対応する広い面積で、より高いアスペクト比を持つ構造を形成する必要があり、そのような微細周期を持つ実用的な格子を製作することは、決して容易なものではない。

格子周期よりも細かい解像度を実現する方法として、下記非特許文献１〜３に記載の技術が存在する。非特許文献１は、高分解能画像検出器により、Ｇ１格子の自己像の直接解像を行うものである。非特許文献２は、拡大投影下でTalbot干渉計を使用するものである。非特許文献３は、Ｘ線結像素子を用いたＸ線顕微鏡との融合により微細構造の解像を行おうとするものである。

しかしながら、これら非特許文献１〜３の技術では、撮影視野が狭いという問題がある。したがって、２次元方向に広い試料を解像するためには、試料を、格子周期に比較してかなり長い距離にわたって高精度で移動させなければならず、このため、装置の製造コストや保守コストが増大してしまう。

国際公開ＷＯ２００４／０５８０７０号公報 米国特許第５８１２６２９号公報

"X-Ray Phase Imaging with Single Phase Grating" （Y. Takeda et al., Jpn. J. Appl. Phys. 46 (2007) L89-L91） "High-resolution differential phase contrast imaging using a magnifying projection geometry with a microfocus x-ray source" （M. Engelhardt et al, Appl. Phys. Lett. 90 (2007) 224101） "Differential Phase X-ray Imaging Microscopy with X-ray Talbot Interferometer"（Y. Takeda et al., Appl. Phys. Express 1 (2008) 117002）

本発明者らは、非矩形の断面形状（例えばパラボラ面）を有する周期構造を持つ格子を用いると、格子周期よりも細かい解像度を実現できることを見出した（国際特許出願番号ＰＣＴ／ＪＰ２０１８／００８９０７号）。このような非矩形の断面形状を作成する場合、通常は基板に塗布したレジストに対してリソグラフィ技術を用いることになる。リソグラフィ技術を用いて非矩形の断面形状（例えばパラボラ面）を形成する場合、基板面に沿って断面形状を形成する必要がある。つまり、リソグラフィ技術は、露光方向（基板法線方向）に交差する方向においては、マスク構造をデザインすることにより任意の形状を転写することができるが、露光に沿った方向（すなわちレジストの厚さ方向）においては曲線構造を制御して形成することはできない。すると、このような格子を用いる場合、Ｘ線を基板に沿った方向に照射して初めて、非矩形の断面形状（例えばパラボラ面）を持つ格子として使用できる。すなわち、その際の撮影視野の一方向は、基板に塗布したレジストの厚さ（例えば２００μｍ）によって制約されることになる。

本発明は、前記した事情に鑑みてなされたものである。本発明の主な目的は、格子の周期的構造の周期よりも細かい構造を解像することができる技術において、広い撮影視野を得ることが可能な技術を提供することである。

本発明は、以下の項目に記載の発明として表現することができる。

（項目１）
格子部を用いて、試料による放射線の屈折、散乱、及び／又は吸収を表す画像を生成するための装置であって、
線源と、格子部と、検出器と、試料並進部とを備えており、
前記線源は、前記格子部に向けて放射線を照射する構成となっており、
前記格子部は、互いに間隔を置いて配置された複数の格子要素を有するＧ１格子を備えており、
前記複数の格子要素は、前記放射線の強度が集中する集中部を、前記Ｇ１格子と前記検出器との間に形成するＧ１周期構造を有しており、
前記集中部は、前記Ｇ１周期構造の周期方向に沿って周期的に形成されており、
前記複数の格子要素における前記Ｇ１周期構造の延長方向は、前記放射線の放射方向に対して傾斜する方向とされており、
前記複数の格子要素における前記Ｇ１周期構造の周期方向は、前記放射線の放射方向に対して交差する方向とされており、
前記複数の格子要素は、前記Ｇ１周期構造と直交する方向に配列構造を有しており、
前記検出器は、前記格子部を通過した前記放射線を検出する構成となっており、
前記試料並進部は、前記Ｇ１周期構造における前記周期方向に沿う方向に、かつ、前記集中部を通過するように、前記試料を並進させる構成となっている
放射線画像生成装置。

（項目２）
前記複数の格子要素における前記Ｇ１周期構造は、前記周期方向に沿う断面の形状が、非矩形形状に形成されている
項目１に記載の放射線画像生成装置。

（項目３）
前記非矩形形状とは、略放物線形状である
項目２に記載の放射線画像生成装置。

（項目４）
前記非矩形形状とは、略三角波形状である
項目２に記載の放射線画像生成装置。

（項目５）
前記格子部は、Ｇ２格子をさらに備えており、
前記Ｇ２格子は、Ｇ２周期構造を備えており、
前記Ｇ２周期構造は、前記Ｇ１格子を通過した前記放射線により形成された前記Ｇ１格子の自己像が前記Ｇ２格子の位置において有する周期とほぼ同じ周期を有しており、
前記検出器は、前記Ｇ２格子を通して前記自己像を検出する構成となっている
項目１〜４のいずれか１項に記載の放射線画像生成装置。

（項目６）
前記格子要素は、間隔を置いて平面上に配列されており、
前記格子要素の配列構造は、下記式（１）を満たしている
項目１〜５のいずれか１項に記載の放射線画像生成装置。

ここで、
ｈ：前記格子要素の前記平面からの高さ、
Ｌ：前記格子要素どうしの配列間隔、
ａ：前記Ｇ１周期構造の前記平面に沿った深さ、
θ：前記放射線の放射方向に対する、前記前記平面の傾斜角
である。

本発明によれば、格子の周期的構造の周期よりも細かい構造を解像することができる。また、本発明によれば、格子要素の数を増やすことにより、広い撮影視野を容易に提供することができる。

本発明の一実施形態に係る放射線画像生成装置の概略的な構成を示すための説明図である。 図１の装置において用いられるＧ１格子の構成を説明するための説明図である。 複数の格子要素を放射線の放射方向から見た場合の概略的な説明図である。 Ｇ１周期構造により生成されるTalbotカーペットを説明するための説明図である。 強度が集中する集中部７１（黒矢印）において、図４のTalbotカーペットを、Ｇ１周期構造の周期方向で切断したときの放射線強度を示すグラフであって、縦軸は周期方向での距離、横軸は放射線強度である。 図２に相当する説明図である。 図１の装置を用いた放射線画像生成方法の概略を示すフローチャートである。 図７の画像生成方法における縞走査と試料走査の手順を説明するための説明図であって、横軸は格子の移動距離、縦軸は試料の移動距離である。 図７の画像生成方法における縞走査と試料走査の手順を説明するための説明図である。 図７の画像生成方法における画像構成の手順を説明するための説明図である。 図１の放射線画像生成装置に用いられるＧ２格子の一例を説明するための説明図である。

（本実施形態の構成）
以下、本発明の一実施形態に係る放射線画像生成装置（以下単に「装置」と略称することがある）を、添付の図面を参照しながら説明する。この装置は、格子を用いて、試料による放射線の屈折、散乱、及び／又は吸収を表す画像を生成するための装置である。この装置は、試料として、生体、又は、生体以外の物体のいずれかを対象とするものである。また、この装置は、医療用又は非医療用の用途において用いることができるものである。非医療用の用途としては、例えば、食品、工業部品、あるいは工業製品の検査用途を例示することができるが、これらに制約されるものではない。

本実施形態の装置は、線源１と、格子部２と、検出器３と、試料並進部４とを基本的な要素として備えている（図１参照）。さらに、本実施形態の装置は、格子並進部５を追加的に備えている。

（線源）
線源１は、格子部２に向けて放射線７を照射する構成となっている。本実施形態の線源１としては、格子部２のＧ１格子２１が明瞭な自己像を生成するに足るだけの空間的可干渉距離を有する放射線を発生するものとされている。これは、放射線の波が揃っていることを要求するものであり、たとえば放射線としてＸ線を用いる場合では、線源１として、シンクロトロン放射光源やマイクロフォーカスＸ線源を使うことができる。以下では、マイクロフォーカスＸ線源を線源１として用いた例を説明する。

（格子部）
格子部２は、Ｇ１格子２１とＧ２格子２２とを備えている。すなわち、本実施形態の格子部２は、いわゆるTalbot干渉計を構成するものとなっているが、その限りではない。

Ｇ１格子２１は、間隔を置いて配置された複数の格子要素２１１を有している（図２〜図４参照）。複数の格子要素２１１は、放射線７の強度が集中する集中部７１（図４及び図５参照）を、Ｇ１格子２１と検出器３との間に形成するＧ１周期構造を有している。より詳しくは、線源１から見て、Ｇ１格子２１の背後であって、Ｇ２格子２２のかなり手前に集中部７１を形成できるようになっている。

本例の格子要素２１１は、ＬＩＧＡプロセスのようなリソグラフィ技術を用いて、基板２１２上に形成されている。より具体的には、本実施形態のＧ１周期構造は、複数の溝２１４（図３及び図４参照）により構成されている。複数の格子要素２１１におけるＧ１周期構造の延長方向（つまり、格子要素２１１の高さ方向であり、言い換えれば、格子作製時に行ったリソグラフィの露光方向）１００は、放射線７の放射方向２００に対して傾斜する方向とされている（図２参照）。

また、集中部７１は、Ｇ１周期構造の周期方向３００（図３参照）に沿って周期的に形成されている。Ｇ１周期構造の周期方向における集中部７１の幅は、Ｇ１周期構造の周期の１／２以下とされている（図４参照）。

複数の格子要素２１１におけるＧ１周期構造の周期方向は、放射線７の放射方向２００に対して交差（具体的には直交）する方向とされている（図２参照）。また、複数の格子要素２１１は、Ｇ１周期構造と直交する方向に配列された構造を有している（図２及び図３参照）。

本例の格子要素２１１に形成されたＧ１周期構造における、周期方向に沿う断面の形状は、非矩形形状、より具体的にはパラボラ形状に形成されている（図３及び図４参照）。つまり、各格子要素２１１は、図４において紙面の奥行き方向に延長された一次元のパラボラ面が複数個並べて形成された構成となっている。図４において、このパラボラの開口部は放射線７の放射方向において下流側に向けられているが、上流側を向いていてもよい。さらには、最終的にパラボラ形状の波面を放射線に生成するものであれば、単純なパラボラ形状以外の形状であってもよい。

本実施形態における複数の格子要素２１１は、Ｇ１周期構造と直交する平面上（つまり基板２１２上）に配列されている（図２参照）。この配列構造について、図６をさらに参照しながら、以下において説明する。

格子要素２１１の配列構造は、本例では、下記式（１）を満たすように設計されている。

ここで、
ｈ：格子要素の、平面（基板）からの高さ、
Ｌ：格子要素どうしの配列間隔、
ａ：Ｇ１周期構造の、平面（基板）に沿った深さ、
θ：放射線の放射方向に対する、平面（基板）の傾斜角
である。

Ｇ２格子２２は、Ｇ１格子２１を通過した放射線７により形成されたＧ１格子２１の自己像がＧ２格子２２の位置において有する周期とほぼ同じＧ２周期構造を備えている。本例のＧ２格子２２は、格子並進部５により、後述のように移動可能とされている。Ｇ２格子２２は、Ｇ１格子２１の基板２１２と同じ方向に傾斜している。

（検出器）
検出器３は、格子部２を通過した放射線７を、モアレ画像として検出する構成となっている。より詳しくは、本例の検出器３は、Ｇ２格子２２を通して、Ｇ１格子２１の自己像をモアレ画像として検出する構成となっている。検出器３の検出面は、Ｇ１格子２１の基板２１２と同じ方向に傾斜している。シンチレータでＸ線を光に変換して撮影する方式の検出器の場合は、シンチレータがＧ１格子２１の基板２１２と同じ方向に傾斜している。なお、検出器３の画素サイズは、Ｇ２格子２２の周期とほぼ同等であるとする。さらに、検出器３は、Ｇ２格子２２の並進に伴って得られるｋ枚のモアレ画像（ここでｋは３以上の整数）を用いて、縞走査法における通常の位相イメージングの処理を行い、所望の放射線画像を生成できるようになっている。このような検出器３としては、従来と同様のものを用いることができるので、これ以上詳しい説明は省略する。

（試料並進部）
試料並進部４は、Ｇ１格子２１のＧ１周期構造における周期の方向（図２において紙面の奥行き方向）に沿う方向（つまり平行な方向）に、かつ、集中部７１を通過するように、試料１０を並進させる構成となっている。この実施形態の試料並進部４は、試料１０を、試料１０におけるＧ１格子の自己像の周期ｄ'の１／Ｎ（ここでＮは２以上の整数）のステップずつ並進させることができるようになっている。ここで、周期ｄ'は、線源１からのコーンビームを使用することを考慮すると、Ｇ１格子周期ｄ（図３参照）よりは、幾何学的拡大率に応じて、やや大きな値となる。試料並進部４としては、特に制約されないが、所定ステップごとに試料を並進させることができる直動機構あるいはピエゾ素子を用いることができる。

試料１０は、Ｇ１格子２１の基板２１２と平行な方向に傾斜させられており（図１参照）、試料並進部４は、図１の紙面に垂直な方向に試料１０を並進させるように構成されている。

（格子並進部）
格子並進部５は、Ｇ２格子２２を、Ｇ２周期構造における周期の方向に沿って、Ｇ２周期構造の周期に対する１／ｋ（ここでｋは３以上の整数）のステップずつ移動させる構成となっている。格子並進部５としては、特に制約されないが、所定ステップごとに格子を並進させることができる直動機構あるいはピエゾ素子を用いることができる。

（放射線画像生成方法の原理的説明）
以下においては、本実施形態における放射線画像生成の原理を説明する。具体的な画像生成の手法については後述する。

Ｇ１格子２１の下流では、この格子を透過した様々な回折波が干渉しあうことにより、Ｇ１格子２１のパターン形状（すなわちＧ１周期構造）に依存して特徴的な強度パターンが現れ、このパターンは、Ｇ１格子２１からの距離に応じて変化する。その変化の様子を表すものをこの明細書ではTalbotカーペット７２と称する。図４には、Ｇ１格子２１を矩形のπ/2位相格子とした場合に、この格子が作るTalbotカーペット７２を示した。この図は、平行なＸ線ビームが照射されているという近似のもとで計算したものであり、横軸のｍとＧ１格子２１からの距離ｚは、

の関係がある。なお、この式において、ｄはＧ１格子２１のＧ１周期構造における周期、λはＸ線の波長である。

Ｇ２格子２２は、通常、ｍが半整数（例えば０．５）となる位置（例えば図２中、白矢印で示す位置）に置かれる。なお、図２のTalbotカーペットの実際の寸法は、周期ｄが数μｍのときに、m=0.5に対応する距離が数十ｃｍであり、実際は極めて横に長い図形を比率を変えて表示したものである。

本例では、Ｇ２格子２２の背後に置かれる検出器３でモアレ画像を記録する。Ｇ１格子２１及びＧ２格子２２の一方を並進させながら、複数のモアレ画像を計測し、コンピュータ演算処理を施すことにより、吸収画像、屈折画像、および散乱画像を生成できる（縞走査法）。

Talbot干渉計を用いた従来の撮影では、試料１０がＧ１格子２１に対してＸ線源１の側に置かれ、位相イメージングの空間分解能は、線源１のフォーカスサイズや検出器３の解像度に依存するが、それらが理想的であったとしても、Ｇ１格子２１の周期の２倍で決まる限界を超えることができない。この限界を超えてさらに高い空間分解能を実現するため、試料１０を配置する位置を定め、さらに試料１０を格子周期よりも細かく移動させて複数の画像を取得する方法を以下に記述する。

（本実施形態の放射線画像生成方法）
図７をさらに参照して、前記した装置を用いた放射線画像生成方法を説明する。

（図７のステップＳＡ−１）
まず、試料１０を、Ｇ１格子２１とＧ２格子２２の間の、集中部７１が形成されるべき位置又はその近傍に配置する。たとえば、図４の例では、図中黒矢印で示す位置（ｍ≒０．２）に配置する。ここで、試料１０を配置する位置としては、集中部７１の大きさ（Ｇ１格子の周期方向における大きさ）が小さくなる位置であることが好ましい。また、本実施形態では、試料１０を、基板２１２の傾斜方向と平行となる方向に傾斜して配置した（図１参照）。このため、本実施形態によれば、基板２１２の傾斜に応じて傾斜する焦点面（焦点の集合）に試料を配置して並進させることができるという利点がある。

（図７のステップＳＡ−２）
ついで、従来と同様の、縞走査法による撮影を行う。具体的には、格子並進部５により、例えば図４中白矢印で示す位置（ｍ≒０．５）に配置されたＧ２格子２２を並進させ、Ｇ１格子２１に対して相対的に移動させる。ここで、Ｇ２格子２２の移動ステップは、Ｇ２格子２２の格子周期の１／ｋ（ただしｋは３以上の整数）とされている。一方、検出器３は、Ｇ２格子２２が１ステップ移動するごとに、線源１から照射された放射線のモアレ画像を取得する。このようにして撮影されたモアレ画像を用いて、従来と同様に、放射線画像を生成することができる。

格子並進のステップと撮影タイミングとの関係を図８に示した。図８において横軸は格子並進距離、縦軸は試料並進距離（後述）、黒丸は撮影タイミングを示す。この例では、ｋ＝５とされているが、これに制約されるものではない。

（図７のステップＳＡ−３〜ＳＡ−４）
ついで、本実施形態では、試料並進部４により、試料１０を、Ｇ１格子の格子周期の１／Ｎ（ただしＮは２以上の整数）のステップごとに移動させる。試料並進距離が１周期に満たないとき、前記のステップＳＡ−２に戻り、縞走査法のための撮影を再度行う。すなわち、図８に示されるように、縞走査法による撮影→試料並進→縞走査法による撮影→…という手順を繰り返す。図８の例では、Ｎ＝３とされているが、これに制約されるものではない。

試料１０の並進と撮影タイミングとの関係を、図９を参照しながらさらに説明する。この試料１０の内部には、微小な構造１１〜１３が存在すると仮定する。また、この例では、放射線７の集中部７１が、Ｇ１格子２１の周期方向（図９において上下方向）において５周期分描かれている。まず、試料１０の初期位置（図９（ａ））において、縞走査法のための撮影を行う。ここで、試料１０内の構造１１に着目すると、構造１１には放射線が照射されないので、検出器３によって撮影されたモアレ画像には、構造１１の影響（例えば吸収、屈折、散乱）が表れない。したがって、構造１１の情報はモアレ画像に含まれない。ついで、試料１０を１ステップだけ移動させる（図９（ｂ））。すると、集中部７１において構造１１に放射線が照射される。すると、検出器３によって撮影されたモアレ画像に、構造１１の影響が表れることとなり、その結果、構造１１を解像することができる。構造１２についても同様である。さらに試料１０を移動させた状態を図９（ｃ）に示す。

このように、本実施形態によれば、試料１０を並進させることにより、Ｇ１格子２１の周期よりも小さい構造を解像することができるという利点がある。

（図７のステップＳＡ−５）
試料並進が１周期に至ったとき、検出器３により得られたモアレ画像を用いて、高分解能の画像を構成する。この構成の手法を、図１０を参照して説明する。この図１０では、検出器３における２次元の画素位置を（ｍ，ｎ）で表し、試料並進のステップ数をｐで表す。そして、特定のステップｐにおける画素値を（ｍ，ｎ，ｐ）とする。ここでｐ＝１，２，…Ｎである。そして、それぞれの位置ｐにおいて縞走査法を行うことにより、Ｎ枚の画像が、吸収画像、屈折画像、散乱画像として得られる。それぞれの画像における画素値（ｍ，ｎ，ｐ）を並べるように、あるいは必要な演算処理（デコンボリューションなど）を用いることによって、新しい高分解画像を得ることができる。

ここで、本実施形態においては、複数の格子要素２１１を、図２及び図３に示されるように傾斜して配置したので、それぞれの格子要素２１１に形成されたＧ１周期構造を放射線７が通過する。したがって、実効的には、放射線画像を生成するための視野を、格子要素２１１が１枚の場合に比較して拡大することができる。平面方向に大きな基板を用いれば、多数の格子要素２１１を形成できるので、大きな視野を確保することができる。

また、本実施形態のＧ１格子によれば、格子要素２１１におけるＧ１周期構造の、周期方向に沿う断面の形状を、非矩形形状、より具体的にはパラボラ状に形成している。このため、本実施形態では、図４及び図５に示されるように、集中部７１において、放射線強度を強く（つまり、狭い半値幅で）集中させることができる。

ここで、本実施形態のＧ２格子２２としては、図１１に示されるように、放射線遮蔽部２２１に対して、放射線透過部２２２を相対的に狭めた構造を用いることが好ましい。放射線透過部２２２の幅は、集中部７１の幅とほぼ同じとされる。このように構成すると、試料１０における一層微細な構造を解像することが可能になるという利点がある。図４及び図５は、放射線７の空間的干渉性が完全であるとして計算した結果得られたものであるが、放射線７の空間的干渉性がそれより適度に低くなると、Ｇ１格子から離れるほどTalbotカーペットはぼやけてくる。すなわち、試料を配置する集中部７１の広がりには変化が少ない一方で、Ｇ２格子２２を配置する白矢印位置の集中部７１は広がるように放射線７の空間的干渉性を調整することが可能である。これにより、Ｇ２格子２２について、放射線遮蔽部２２１に対して放射線透過部２２２が相対的に狭いという、一般的には製作が難しい構造ではなく、放射線遮蔽部２２１と放射線透過部２２２がほぼ等しい構造を採用できる。放射線遮蔽部２２１と放射線透過部２２２がほぼ等しいTalbot干渉計構造は、一般的に用いられているものなので、このようにすれば、格子の製作コストを低減することができるという利点もある。

また、本実施形態では、前記した式（１）を満たすように各部の位置関係を設定したので、Ｇ１周期構造の不要な重なりや隙間を抑制することができる。具体的には、式（１）の条件を満たす場合、図２に符号２１１ａで示す部分の周期構造は、符号２１１ｂで示す部分の周期構造を補っていると解釈できる。したがって、理想的には、得られる視野内において、周期構造の不要な重なりや隙間の無い構造を実現することができる。

なお、前記実施形態および実施例の記載は単なる一例に過ぎず、本発明に必須の構成を示したものではない。各部の構成は、本発明の趣旨を達成できるものであれば、上記に限らない。

例えば、前記実施形態では、線源１としてＸ線源を用いたが、試料に対して透過性のある他の放射線、例えば中性子線源を用いることができる。もちろん、この場合、検出器としては、用いる放射線を検出できるものが用いられる。格子についても、用いる放射線の位相を変化させる材料、および、強度を減衰させる材料を使ったものが用いられる。

また、前記した実施形態では、Ｇ１周期構造の、周期方向に沿う断面の形状を略パラボラ形状としたが、略三角波形状、正弦波形状、円形状（楕円形状を含む）など、他の非矩形の形状とすることも可能である。また、この断面形状を矩形状とすることも可能である。さらに言えば、Ｇ１格子として、位相型や振幅型を問わず、どのような周期構造を持つものを使うとしても、少なくともその周期の1/2以下の空間分解能を達成できるので、本発明による効果は常に得られる。

前記した実施形態において、線源１としてコーンビームを用いた場合には、図１において角度α_ｘで示したように、放射線の放射方向が広がる。したがって、放射線の照射位置の各所において前記した式（１）が成り立つように設計することが好ましい。このような構成は、例えば、リソグラフィにおけるパターン形状を工夫することにより、容易に実現できる。

また、コーンビームを用いる場合は、ビームの広がりに応じて湾曲された格子形状を用いることも可能である。

さらに、本実施形態において三次元解像を行う場合は、回転機構（図示せず）を用いて軸１０Ａ（図１参照）を中心として試料１０を回転させながら、上記実施例の撮影手順を繰り返すことにより、ラミノグラフィを実施することができる。軸１０Ａは試料１０と一緒に並進するように構成される。ラミノグラフィ画像再構成技術自体は従来から知られているので、これについての詳しい説明は省略する。

１ 線源
２ 格子部
２１ Ｇ１格子
２１１ 格子要素
２１２ 基板（平面）
２１４ 溝
２２ Ｇ２格子
２２１ 放射線遮蔽部
２２２ 放射線透過部
３ 検出器
４ 試料並進部
５ 格子並進部
７ 放射線
７１ 集中部
７２ Ｔａｌｂｏｔカーペット
１０ 試料
１０Ａ 回転軸
１１〜１３ 試料内の構造
１００ Ｇ１周期構造の延長方向
２００ 放射線の放射方向
３００ Ｇ１周期構造の周期方向

Claims (6)

1. 格子部を用いて、試料による放射線の屈折、散乱、及び／又は吸収を表す画像を生成するための装置であって、
   線源と、格子部と、検出器と、試料並進部とを備えており、
   前記線源は、前記格子部に向けて放射線を照射する構成となっており、
   前記格子部は、互いに間隔を置いて配置された複数の格子要素を有するＧ１格子を備えており、
   前記複数の格子要素は、前記放射線の強度が集中する集中部を、前記Ｇ１格子と前記検出器との間に形成するＧ１周期構造を有しており、
   前記集中部は、前記Ｇ１周期構造の周期方向に沿って周期的に形成されており、
   前記複数の格子要素における前記Ｇ１周期構造の延長方向は、前記放射線の放射方向に対して傾斜する方向とされており、
   前記複数の格子要素における前記Ｇ１周期構造の周期方向は、前記放射線の放射方向に対して交差する方向とされており、
   前記複数の格子要素は、前記Ｇ１周期構造と直交する方向に配列構造を有しており、
   前記検出器は、前記格子部を通過した前記放射線を検出する構成となっており、
   前記試料並進部は、前記Ｇ１周期構造における前記周期方向に沿う方向に、かつ、前記集中部を通過するように、前記試料を並進させる構成となっている
   放射線画像生成装置。
2. 前記複数の格子要素における前記Ｇ１周期構造は、前記周期方向に沿う断面の形状が、非矩形形状に形成されている
   請求項１に記載の放射線画像生成装置。
3. 前記非矩形形状とは、略放物線形状である
   請求項２に記載の放射線画像生成装置。
4. 前記非矩形形状とは、略三角波形状である
   請求項２に記載の放射線画像生成装置。
5. 前記格子部は、Ｇ２格子をさらに備えており、
   前記Ｇ２格子は、Ｇ２周期構造を備えており、
   前記Ｇ２周期構造は、前記Ｇ１格子を通過した前記放射線により形成された前記Ｇ１格子の自己像が前記Ｇ２格子の位置において有する周期とほぼ同じ周期を有しており、
   前記検出器は、前記Ｇ２格子を通して前記自己像を検出する構成となっている
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の放射線画像生成装置。
6. 前記格子要素は、間隔を置いて平面上に配列されており、
   前記格子要素の配列構造は、下記式（１）を満たしている
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の放射線画像生成装置。
   ここで、
   ｈ：前記格子要素の前記平面からの高さ、
   Ｌ：前記格子要素どうしの配列間隔、
   ａ：前記Ｇ１周期構造の前記平面に沿った深さ、
   θ：前記放射線の放射方向に対する、前記前記平面の傾斜角
   である。