JP6604772B2 - Ｘ線トールボット干渉計 - Google Patents

Description

本発明は、Ｘ線トールボット干渉計に関する。

Ｘ線位相イメージング法は、Ｘ線が被検体を透過することで生じる位相変化を利用した撮像方法である。これまでに提案された、いくつかのＸ線位相イメージング法の一種として、特許文献１などに記載されているトールボット（Ｔａｌｂｏｔ）干渉計がある。トールボット干渉計は一般的には２枚又は３枚の、周期構造を有する格子（グレーティング）により構成される。これらのうち、通常、被検体の付近に配置される格子をビームスプリッター格子、通常検出器の付近に配置される格子をアナライザー格子、そして通常Ｘ線源の付近に配置される格子を線源格子とそれぞれ呼ぶことがある。またこれらの格子として１次元状の周期パターンを有する格子が使用される場合と、２次元的なパターンを有する格子が使用される場合とがある。尚、使用される検出器は通常、検出面に入射するＸ線の２次元的な強度分布を取得できる検出器である。

ビームスプリッター格子は多くの場合、位相変調型の透過型回折格子である。ビームスプリッター格子に入射したＸ線は格子の持つ周期構造により回折され、所謂トールボット効果により所定の位置に干渉パターン（格子の自己像とも呼ばれる）を形成する。干渉パターンはＸ線が被検体を透過した際の位相変化等を反映して変形するため、干渉パターンの強度分布を計測・解析することにより被検体の形状や内部構造の情報を得ることができる。

また、アナライザー格子は多くの場合、Ｘ線透過部とＸ線遮蔽部とが周期的に配列することにより周期的な透過率分布を有するような格子である。アナライザー格子は前述の干渉パターンが形成される位置に配置されることにより、格子を透過したＸ線の強度分布にモアレを発生させる目的で使用される。このモアレは干渉パターンの変形を反映しており、かつその周期は無制限に大きくすることができる。したがって、使用する検出器の空間分解能が干渉パターンを直接検出できる程度に高くない場合でも、パターン周期の大きいモアレを検出することにより間接的に干渉パターンの情報を得ることが可能となる。また、線源格子も通常のアナライザー格子と同様に、Ｘ線透過部とＸ線遮蔽部とが周期的に配列した構造を有する格子である。線源格子は通常、Ｘ線源（Ｘ線発生装置）におけるＸ線発光点の付近に配置されることにより、仮想的に線状発光部（２次元格子の場合は微小発光点）のアレイを形成する目的で使用される。このようにして形成される各々の線状発光部から発したＸ線が形成する複数の前述の干渉パターンが、Ｘ線光路中に被検体等を置かない状態において互いにパターン周期の整数倍だけずれて重畳する。これにより、多数の干渉パターンが重畳してもパターンが消失せず、全体として高いＸ線強度と縞ビジビリティを有する周期パターンを形成することができる。このような形の重畳を実現するためには、各格子の格子周期と格子間の距離とが一定の条件を満たすように設計する必要がある。また、このような線源格子を使用するトールボット干渉計のことを特にトールボット・ロー干渉計と呼ぶことがある。このような線源格子を使用するトールボット干渉計については特許文献１などに記載されている。尚、以下、単にトールボット干渉計というときは、トールボット・ロー干渉計を含むものとする。

トールボット干渉計を用いた撮像では一般的には、検出器により干渉パターンやモアレパターンを検出した後、得られたパターンを解析することにより、利用価値のより高い画像などへの変換が行われる。一方、別の撮像方法として、撮像時における格子の位置関係が特定の条件を満たすようにすることで、検出される特殊なモアレ画像をそのまま被検体画像として利用する撮像方法も知られている。例えば、特許文献１と非特許文献１には、干渉パターンとアナライザー格子パターンの方向とピッチが高精度で等しくなるような格子配置の干渉計を用い、周期が非常に大きい（理想的には無限大の）モアレを形成した状態で撮像を行う撮像方法が記載されている。このとき、検出器上には干渉パターンと同じ周期を有する周期パターンが形成されている状態か、周期パターンが形成されていない状態であるが、いずれにせよ検出器が有する複数の画素のそれぞれにより取得されるＸ線強度は略等しい。つまり、検出器により取得される強度分布はほぼ一様な分布となる。

非特許文献１には、撮像領域において、格子を透過したＸ線の強度が最小になるように格子の相対位置を調整し、ビームスプリッター格子とアナライザー格子を固定した状態で両者を同時に走査しながら撮像を行う方法が記載されている。この方法では、被検体の吸収情報に加え、干渉パターンの周期方向に沿った散乱情報（微粒子、微細繊維、構造のエッジ部等によるＸ線の小角散乱力）が強く反映された画像が検出器により得られる。またこちらの方法では、干渉パターンの周期方向に沿った微分位相情報については、微分位相値が大きく干渉縞の局所的位相が十分大きくシフトしている場合には画像に強く反映されるが、局所的位相シフトが十分に大きくない場合には画像にあまり反映されない。つまり、検出器で得られる画像は微分位相情報に対する感度が高くないと言える。尚、２枚の格子の走査を行わずに撮像を行ったとしても、撮像システムの空間分解能が特に高くないような場合、得られる画像はほぼ同様であると考えられる。このように格子を透過したＸ線の強度が最小になるように格子位置を調整した状態で撮像を行う撮像方法は、光学顕微鏡などにおける所謂暗視野法に類似している。よって、本明細書ではこのような格子位置で撮像を行う撮像方法（但し格子の走査を前提としないものとする）のことを、暗視野法と呼ぶことがある。一方、これとは逆に、撮像領域において、格子を透過したＸ線の強度が最大になるように格子の相対位置を調整した状態で撮像を行う撮像方法のことを、本明細書では明視野法と呼ぶことがある。

また、特許文献１には、撮像領域の全体において、格子を透過したＸ線の強度が最大値と最小値の平均値程度になるように格子の相対位置を調整した状態で撮像を行う方法が記載されている。本明細書ではこのような撮像方法のことを中間法と呼ぶことがある。中間法では、被検体の吸収情報に加え、干渉パターンの周期方向に沿った微分位相情報（被検体を透過したＸ線の位相分布の空間微分値）が強く反映された画像が検出器により取得される。一方、中間法では被検体の散乱情報はほとんど取得することができない。

尚、本明細書では被検体を透過したＸ線の位相分布と、位相分布を空間的に微分した微分位相分布と、微分位相分布をさらに同方向に微分した２次微分位相分布などの総称として、被検体の位相情報と呼ぶことがある。

特許登録５１６２４５３号

Ｙ．Ｉ．Ｎｅｓｔｅｒｅｔｓ ａｎｄ Ｓ．Ｗ．Ｗｉｌｋｉｎｓ，"Ｐｈａｓｅ‐ｃｏｎｔｒａｓｔ ｉｍａｇｉｎｇ ｕｓｉｎｇ ａ ｓｃａｎｎｉｎｇ‐ｄｏｕｂｌｅ‐ｇｒａｔｉｎｇ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ，" ＯＰＴＩＣＳ ＥＸＰＲＥＳＳ，（米国），２００８, Ｖｏｌ．１６，Ｎｏ．８，p.５８４９‐５８６７．

このように、トールボット干渉計を用いると、写野内において格子を透過したＸ線の強度が一様となる条件のもとで撮像を行うことにより、被検体の吸収情報に加えて位相情報や散乱情報が強く反映された画像を取得することが可能である。しかしながら、上述のように、中間法を行うトールボット干渉計は、被検体の散乱情報を取得することができない。一方、暗視野法を行うトールボット干渉計は、被検体の位相情報に対する感度が低い。

そこで本発明は、散乱情報を取得でき、且つ、従来の暗視野法を行うトールボット干渉計よりも位相情報を感度よく取得できるＸ線トールボット干渉計を提供することを目的とする。

本発明のＸ線トールボット干渉計の一側面は、複数のＸ線透過部を有し、Ｘ線源からのＸ線の一部を透過する線源格子と、前記Ｘ線透過部からのＸ線を周期構造により回折し、干渉パターンを形成するビームスプリッター格子と、前記干渉パターンの一部を遮蔽するアナライザー格子と、前記アナライザー格子からのＸ線を検出する検出器と、を備え、前記ビームスプリッター格子は、前記複数のＸ線透過部の夫々からのＸ線を前記周期構造により回折することで前記複数のＸ線透過部の夫々に対応する干渉パターンを形成し、前記複数のＸ線透過部は、前記複数のＸ線透過部の夫々に対応する前記干渉パターンを互いに重畳させることにより特定の空間周波数成分が強調された周期パターンを形成するように前記干渉パターン同士が整合する条件を満たす格子周期からずれた格子周期を有して前記線源格子に配置され、前記特定の空間周波数成分は、前記干渉パターンに固有の空間周波数成分が被検体により変調されることで発生する側波帯に含まれる空間周波数成分であり、前記線源格子と前記アナライザー格子との間に被検体が配置されていないときにおける前記周期パターンと前記アナライザー格子の格子パターンとの位置関係は、写野内全体において略等しいことを特徴とする。本発明のその他の側面は発明を実施するための形態において説明する。

本発明の一側面によれば、散乱情報を取得でき、且つ、従来の暗視野法を行うトールボット干渉計よりも位相情報を感度よく取得できるＸ線トールボット干渉計を提供することができる。

実施形態のＸ線トールボット干渉計の模式図。 実施形態における格子のパターンを示す図。 実施形態におけるアナライザー格子上に形成される干渉パターンの空間周波数スペクトルの変化を示す図。 比較例のＸ線トールボット干渉計の模式図。

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。尚、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。また、多くのＸ線トールボット干渉計（以下、単に干渉計と呼ぶことがある）では単純な１次元縞パターン状の干渉パターン及びアナライザー格子が利用されることから、本実施形態ではそのような干渉計の構成を前提に説明する。

従来のＸ線トールボット・ロー干渉計においては、線源格子は、干渉パターンにおける搬送波の成分を強調するように構成されている。言い換えると、従来の干渉計は、線源格子が仮想的に形成するＸ線源アレイの微小Ｘ線源のそれぞれが形成する干渉パターン同士が、明部同士と暗部同士が重畳してコントラストを高めるように重畳するように構成されている。一方、本実施形態の干渉計は、干渉パターン同士の明部の一部同士が重畳し、且つ、干渉パターン同士の明部の一部と暗部の一部とが重畳するように構成されている。これにより、本実施形態のトールボット・ロー干渉計は、線源格子が干渉パターンの搬送波からずれた特定の周波数成分を強調する。以下、詳細に説明する。

図４は、従来のＸ線トールボット・ロー干渉計である、比較例のＸ線トールボット・ロー干渉計１１００の模式図である。Ｘ線トールボット干渉計１１００は、Ｘ線発光点（所謂、焦点）１１を有するＸ線源１１０と、線源格子１２と、ビームスプリッター格子１３と、アナライザー格子１４と、検出器１５とを備える。尚、図中には示していないが、撮像時に被検体はビームスプリッター格子１３の付近に配置される。被検体はビームスプリッター格子の上流（線源格子１２とビームスプリッター格子１３との間）に配置されても良いし、下流（ビームスプリッター格子１３とアナライザー格子１４との間）に配置されても良い。

従来のＸ線トールボット・ロー干渉計では、Ｘ線光路中に被検体等を置かない状態において、線源格子の各々のＸ線透過部１２１ａ〜ｃを通過したＸ線が形成する干渉パターン１６ａ〜ｃ同士が正確に干渉パターン周期ｄ_ＩＰ分だけずれて重畳する。すなわち、複数の干渉パターンを重畳する際の相対ずれ量ｄ_０Ｃ´はｄ_ＩＰに等しい。これにより、各々の透過部からのＸ線が形成する干渉パターンの明部同士と暗部同士とが正確に整合する形で重畳する。よって、１つの透過部からのＸ線が形成する干渉パターンと同様のビジビリティを有しつつ、強度の高い周期パターン（干渉パターンが複数重畳して形成される周期的なパターン）をアナライザー格子上に形成することができる。言い換えると、各々のＸ線透過部からのＸ線が形成する干渉パターン同士が重畳することで、干渉パターンに固有の空間周波数成分が強調される。尚、各々の透過部からのＸ線が形成する干渉パターン同士がパターン周期の整数倍だけずれて重畳しても干渉パターンの明部同士と暗部同士が整合する形で重畳するため、干渉パターン同士のずれ量はパターン周期の整数倍でも良い。干渉パターン同士のずれ量がパターン周期と等しいときも、干渉パターン同士のずれ量がパターン周期の整数倍と等しいときも、干渉パターンに固有の空間周波数成分（空間周波数１／ｄ_ＩＰの成分）を強調しているとみなせる。

線源格子の各々の透過部からのＸ線が形成する干渉パターン同士が、正確にパターン周期もしくはその整数倍ずれて重畳するためには、線源格子の格子周期ｄ_０Ｃを

とすれば良い。但し、ｎ_１は正の整数、Ｌ_０１は線源格子とビームスプリッター格子との距離、Ｌ_１２はビームスプリッター格子とアナライザー格子との距離である。各構成間の距離は、各構成の中心間の距離とする。ｎ_１は、干渉パターン同士がパターン周期の何周期分ずれて重畳するかを示す値であり、ｎ_１＝１で、図４の干渉パターン１６ａ〜ｃのように、干渉パターン同士がパターン周期分だけずれて重畳する。

一方、本実施形態のＸ線トールボット干渉計１００は、図１に示すように、線源格子の各々の透過部２１ａ〜ｃからのＸ線が形成する干渉パターン６ａ〜ｃ同士が被検体の無い状態における干渉パターン周期ｄ_ＩＰとは異なる距離ずれて重畳する。つまり、本実施形態のトールボット干渉計１００は、各々の透過部からのＸ線が形成する干渉パターン同士のずれ量ｄ_０´≠干渉パターン周期ｄ_ＩＰである。よって、各々の開口から発したＸ線の作る干渉パターンの明部同士と暗部同士とが正確に整合せずに、ずれて重なり合う。この時、線源格子の格子周期ｄ_０は干渉パターン同士が整合する条件からのずれ率α_１を用いて、

と表せる。ここで、α_１は負値も取り得るものとするが、α_１≠０とする。尚、α_１が０の時は、線源格子の設計条件は比較例と等しくなる。α_１≠０とすると、各々のＸ線透過部からのＸ線が形成する干渉パターン同士の重畳により、干渉パターンに固有の空間周波数成分ではなく、干渉パターンに固有の空間周波数成分が被検体により変調されることで発生する側波帯に含まれる成分が強調される。また、前述のように通常のトールボット・ロー干渉計において干渉パターン同士のずれ量がパターン周期の２以上の整数倍であっても良い。これと同様に、本実施形態のトールボット・ロー干渉計においても干渉パターン同士のずれ量をパターン周期の２以上の整数倍に対して一定のずれ率を与える形で設計しても良い。しかしながら、ｎ_１が２以上の整数となるような設計には線源格子全体のＸ線透過率が低下するという欠点があり、一般には好ましくない。よって、以下、ｎ_１＝１の場合を中心に説明する。尚、−１／ｎ_１＜α_１＜１／ｎ_１とする。

尚、図１及び図４では、説明のために、各々の透過部からのＸ線が形成する干渉パターンが図中の横方向にも異なる位置に描かれている。しかしながら、実際には干渉パターン６ａ〜ｃ、１６ａ〜ｃはアナライザー格子上に形成されている。つまり、例えば線源格子２と干渉パターン６ａとの距離と、線源格子２と干渉パターン６ｂとの距離と、は等しい。

本実施形態のＸ線トールボット干渉計の全体の構成について説明する。図１は、本実施形態のＸ線トールボット干渉計１００の模式図である。干渉計１００は、Ｘ線透過部を有し、Ｘ線源からのＸ線の一部を透過する線源格子２、線源格子のＸ線透過部２１ａ〜ｃの各々からのＸ線を回折し、各々のＸ線透過部に対応する干渉パターン６ａ〜ｃを形成するビームスプリッター格子３を備える。また、干渉計１００は、干渉パターンを形成するＸ線の一部を遮蔽するアナライザー格子４と、アナライザー格子からのＸ線の強度を検出する検出器５を備える。干渉計１００は、被検体情報取得部や画像表示部と共に、Ｘ線トールボット干渉計システムを構成することができる。被検体情報取得部は、プロセッサーと記憶部を有する演算装置で構成することができ、検出器により取得された被検体情報を記録したり、画像表示部に出力したりすることができる。画像表示部は、ディスプレイまたはプリンターで構成することができる。

図１には、線源格子にＸ線を照射するＸ線源１０が、前述の３つの格子及び検出器と共にＸ線トールボット干渉計１００を構成している例を示した。しかし、Ｘ線源１０は、前述のトールボット干渉計と別に構成され、Ｘ線源１０とトールボット干渉計とを組み合わせて用いても良い。本発明及び本明細書において、単にトールボット干渉計というときは、Ｘ線源を備えるものとＸ線源を備えないもの（Ｘ線源の配置場所を備えていても良い）とを含む。以下、各構成について説明する。

Ｘ線源１０は、Ｘ線を発して線源格子２にＸ線を照射する。発するＸ線は、連続Ｘ線でも、特性Ｘ線でも良く、Ｘ線のエネルギーは、一般的には２ｋｅＶ以上、１００ｋｅＶ以下である。Ｘ線源と線源格子２の間などに、波長選択フィルターを適宜設けても良い。

線源格子２の格子パターン例を図２（Ａ）に示す。線源格子２は、Ｘ線透過率の高いＸ線透過部（開口部と呼ぶことがある）２１とＸ線透過率の低いＸ線遮蔽部２２とが１方向に配列した１次元周期構造を有している。線源格子は、Ｘ線源１０のＸ線発光点１の付近に配置されることにより、仮想的に線状発光部（２次元格子を用いた場合は微小発光点）のアレイを形成する。

ビームスプリッター格子３の格子パターン例を図２（Ｂ）に示す。ビームスプリッター格子３は位相変調型の回折格子であり、位相進行部３１と位相遅延部３２とが１方向に配列した１次元周期構造を有している。位相進行部３１と位相遅延部３２との、配列方向における幅の比は１：１である。尚、ビームスプリッター格子３の具体的なパターンや位相変調量については一般に知られているようなトールボット干渉計に適した様々なパターンの中から選べば良く、ここでは特に限定しない。尚、位相変調量とは、位相進行部と位相遅延部のそれぞれを透過したＸ線の間に発生する位相差のことを指す。位相差がπｒａｄ又はπ／２ｒａｄのビームスプリッター格子が一般的には多く使用されるが、位相差がそれ以外の値をとるビームスプリッター格子を用いても良い。また、Ｘ線の損失が大きい点で位相変調型の回折格子よりも不利ではあるが、振幅変調型の回折格子を用いても良い。

アナライザー格子４の格子パターンの例を図２（Ｃ）に示す。アナライザー格子４はＸ線透過率の高いＸ線透過部４１とＸ線透過率の低いＸ線遮蔽部４２とが１方向に配列した１次元周期構造を有している。Ｘ線透過部４１とＸ線遮蔽部４２の配列方向における幅の比は、１：１である。

尚、図２（Ａ）〜（Ｃ）に示したこれらの格子パターンは例であり、これら以外にも例えば、各格子が２次元周期構造を有していても良い。２次元周期構造は正方格子状や六角格子状であっても良い。また、２次元周期構造を有する線源格子及びアナライザー格子におけるパターンは、孤立したＸ線透過部がＸ線遮蔽部の間に周期的に並んだものでも良いし、反対に、孤立したＸ線遮蔽部がＸ線透過部の間に周期的に並んだものでも良い。本発明及び本明細書では後者のような遮蔽型格子の格子パターンのことを反転型格子パターンと呼ぶことがある。

検出器は２次元Ｘ線強度分布が取得できるものであれば良い。検出画素が１列に並んだラインセンサであっても、ラインセンサを検出画素のアレイ方向と交わる方向に走査する走査手段と組み合わせることで、２次元Ｘ線強度分布を取得することができるため、本実施形態に用いることができる。しかしながら、撮像時間を短縮するためには、検出画素が２方向に並んだエリアセンサを用いることが好ましい。また、イメージングプレートなどを用いることもできる。尚、検出器の有する空間分解能はビームスプリッター格子が形成する干渉パターンの基本波を検出できる程度に高くなくても良い。具体的には、検出画素の画素ピッチが、１つの仮想線状発光部により形成される干渉パターンの周期の１／２倍より大きくても良い。ここでは、検出画素の画素ピッチが干渉パターンの周期に比べてはるかに大きい場合を想定する。さらに、線源格子とアナライザー格子との間に被検体が配置されていないとき、干渉パターンが複数重畳して形成される周期パターンとアナライザー格子の格子パターンとの位置関係は、写野内全体において略等しい。但し、周期的なパターンとアナライザー格子の格子パターンとの位置関係とは、アナライザー格子上に形成される周期パターンの明部と暗部のそれぞれと、その明部と暗部とに重なるアナライザー格子の透過部と遮蔽部との局所的な位置関係のことを示す。例えば、周期パターンとアナライザー格子の格子パターンとが共にラインアンドスペースのパターンを有するとき、明部と遮蔽部が正確に重なっているのか、明部の半分が遮蔽部と重なっているのか、明部と透過部が正確に重なっているのか、等を指す。言い換えると、周期パターンとアナライザー格子の格子パターンとの位置関係とは、周期パターンの明部のそれぞれの基準位置と遮蔽部のそれぞれの基準位置との距離である。例えば、周期パターンの周期方向におけるそれぞれの明部の中心を明部の基準位置、格子パターンの周期方向におけるそれぞれの遮蔽部の中心を遮蔽部の基準位置とする。このとき、写野内において、周期パターンの周期方向における、明部の中心と、その明部と最も近い遮蔽部の中心との距離が略等しいとき、周期パターンとアナライザー格子の格子パターンとの位置関係が写野内において略等しいといえる。尚、周期パターンと格子パターンとが複数の方向に周期を有するときは周期方向のそれぞれにおける基準位置同士の距離が略等しいとき、周期パターンとアナライザー格子の格子パターンとの位置関係が写野内において略等しいといえる。本発明及び本明細書において、距離が略等しいとは、明部の基準位置とその明部と最も近い遮蔽部の基準位置との距離の最大値と最小値との差が、ｄ_ＩＰ／４以下であることを指す。周期パターンと格子パターンとの位置関係が写野内において略等しいとは、基準位置同士の距離が略等しいことを指す。尚、明部の基準位置とその明部と最も近い遮蔽部の基準位置との距離の最大値と最小値との差が、ｄ_ＩＰ／８以下であることがより好ましい。尚、周期パターンと格子パターンとの位置関係を写野内において等しくするためには、周期パターンを形成する干渉パターンとアナライザー格子とのピッチが等しく、周期方向が同一であればよい。ピッチの差や周期方向のずれの許容範囲は、ピッチ、写野の大きさ等に応じて変化する。

またこの時、検出器上に形成されるＸ線強度分布は一様となる。尚、本発明及び本明細書において、検出器上に形成されるＸ線強度分布が一様とは、検出器の検出面上の写野内の全体において、検出面に入射するＸ線の強度がほぼ等しいことを指す。また、写野とは、被検体の撮像範囲を検出面上に投影した領域のことであり、一般的には、検出面全体が写野であることが多いが、検出面の一部のみを写野としても良い。

線源格子とビームスプリッター格子との距離Ｌ_０１及びビームスプリッター格子とアナライザー格子との距離Ｌ_１２は、従来のトールボット・ロー干渉計と同様、干渉パターンのビジビリティがアナライザー格子上で特に高くなるように設計することが好ましい。このとき、線源格子２が形成するそれぞれの仮想線状発光部からのＸ線がビームスプリッター格子３により回折されることにより生ずるトールボット効果を考慮するものとする。

以下では、本実施形態において、各々の仮想線状発光部からのＸ線が形成する干渉パターン同士がパターン周期に一致しないずれ量をもって重畳することによる効果と、その時に暗視野法や中間法等により得られる画像について簡単なモデルを用いて説明する。

まず、アナライザー格子上に座標系（ｘ，ｙ）を取り、干渉パターンの周期方向はｘ軸方向に一致するとする。この時、線源格子上のある１点から発するＸ線の作るアナライザー格子上の干渉パターンの強度分布ｇ_ＩＰｏ（ｘ，ｙ）は、

と書ける。ここで、ａ（ｘ，ｙ）は被検体のＸ線透過率分布を反映した干渉パターンの平均的強度の分布、ｂ（ｘ，ｙ）は被検体のＸ線透過率分布と被検体の干渉パターンの周期方向に関するＸ線小角散乱力分布とを反映した干渉パターンの振幅分布、をそれぞれ表している。また、φ（ｘ，ｙ）は被検体を透過したＸ線の位相分布を干渉パターンの周期方向に沿って微分した分布を反映した干渉パターンの位相分布を表している。尚、被検体のＸ線小角散乱力分布とは、被検体内の微粒子、微細繊維、構造中のエッジ部等による小角散乱力の空間分布を指す。また、被検体を透過したＸ線の位相分布をある方向に微分した分布は、当該の微分方向に関する被検体によるＸ線の屈折による偏向角の分布を示す。本発明及び本明細書では、被検体のＸ線透過率分布、被検体を透過したＸ線の微分位相分布と、被検体のＸ線小角散乱力分布のそれぞれに関する情報のことをそれぞれ吸収情報、微分位相情報、散乱情報と呼ぶことがある。また、被検体を透過したＸ線の位相分布及び微分位相分布と、微分位相分布をさらに同方向に微分したものである２次微分位相分布との総称として、被検体の位相情報と呼ぶことがある。

またこの時、本実施形態における干渉パターンに固有の空間周波数成分は、周期方向がｘ軸方向であり空間周波数が１／ｄ_ＩＰである空間周波数成分である。さらにこの干渉パターン固有の空間周波数成分は、被検体情報であるｂ（ｘ，ｙ）及びφ（ｘ，ｙ）により振幅変調及び位相変調されているとみなすことができる。本明細書では、この被検体情報により変調される干渉パターンに固有の空間周波数成分のことを搬送波と呼ぶことがある。尚、干渉パターンの基本波成分の代わりに高調波成分を搬送波として用いることも可能であるが、一般には干渉パターンの高調波成分は基本波成分に比べて非常に小さいため搬送波として用いられることは稀である。またここで、

とおけば、式（２）は、

と書き直せる。ここで^＊は複素共役を表している。両辺を２次元フーリエ変換すると、

となる。ここで、大文字はそれぞれの関数のフーリエ変換を表している（以下も同様とする）。また、ξはｘ軸方向の空間周波数、ηはｙ軸方向の空間周波数をそれぞれ表している。

次に、空間的広がりを持つＸ線発光点と線源格子の存在とを考慮に入れた際のアナライザー格子上のＸ線強度分布について考える。尚、被検体とビームスプリッター格子とは同位置にあると近似する。また、Ｘ線発光点と線源格子とも同位置にあると近似する。

Ｘ線発光点及び線源格子の位置におけるｘ，ｙ軸方向の位置座標（ｘ_０，ｙ_０）に対してＸ線発光点の発光強度分布の形状を表す関数をｇ_Ｓ（ｘ_０，ｙ_０）とする。また、線源格子の透過率分布をｔ_０（ｘ_０，ｙ_０）とする。この時、Ｘ線発光点の実効的な発光強度分布ｇ_Ｓ０（ｘ_０，ｙ_０）は、

と書ける。さらにこの時、アナライザー格子上のＸ線強度分布ｇ_ＩＰ（ｘ，ｙ）は近似的にｇ_ＩＰｏ（ｘ，ｙ）とＸ線発光点の実効的な発光強度分布に起因するボケを表す点拡がり関数ｈ_Ｓ０（ｘ，ｙ）とのコンボリューションとして、

と表せる。ここで＊はコンボリューションを表している。尚、ｇ_ＩＰ（ｘ，ｙ）は、実際にアナライザー格子上に形成される干渉パターン（つまり、線源格子を透過したＸ線全体が作る干渉パターン）の強度分布を示す点がｇ_ＩＰｏ（ｘ，ｙ）と異なる。ｇ_ＩＰ（ｘ，ｙ）はまた、線源格子の複数のＸ線透過部からのＸ線の作る複数の干渉パターンを重畳した結果として生ずる周期パターンの強度分布とみなすこともできる。さらにここでｈ_Ｓ０（ｘ，ｙ）は、

と書ける。

ここでｈ_Ｓ（ｘ，ｙ）を、

と表せる関数とする。ただしｈ_Ｓ（ｘ，ｙ）は、線源格子が存在しない場合における上述の点拡がり関数である。さらに線源格子が単純な正弦波状の透過率分布を有する場合、ｔ_０（ｘ_０，ｙ_０）は絶対値を無視すれば、

と書ける。さらに、干渉パターン同士の相対ずれ量ｄ_０´は線源格子のピッチｄ_０及び干渉計のジオメトリ（Ｌ_１２，Ｌ_０１）を用いて、

と書ける。このとき、ｈ_Ｓ０（ｘ，ｙ）は、

と書ける。

この時、ｈ_Ｓ０（ｘ，ｙ）のフーリエ変換であるＨ_Ｓ０（ξ，η）は、

となる。従って、式（５）、（７）、（１３）と畳み込み定理によりｇ_ＩＰ（ｘ，ｙ）のフーリエ変換であるＧ_ＩＰ（ξ，η）は、

と書ける。但しここではａ（ｘ，ｙ）、ｂ（ｘ，ｙ）、φ（ｘ，ｙ）、ｈ_Ｓ（ｘ，ｙ）の空間的変化の速さはｄ_ＩＰ、ｄ_０´に比べて十分に遅いと仮定している。

式（１４）から分かるように、ｃ（ｘ，ｙ）は空間的広がりを持つＸ線発光点と線源格子の効果により情報伝送の過程で周波数フィルターＨ_Ｓによるフィルタリングを受ける。式（３）に示すように、ｃ（ｘ，ｙ）は干渉パターンの振幅分布と干渉パターンの位相分布との情報を有するため、被検体の吸収情報、位相情報、散乱情報を有する。よって、式（１４）は、被検体情報が周波数フィルターＨ_Ｓによるフィルタリングを受けることを示している。さらに、フィルターＨ_Ｓの形状はＸ線発光点の発光強度分布と、Ｌ_０１及びＬ_１２により決定され、フィルターＨ_ＳのＣ（ξ，η）に対する相対的位置は干渉縞の周期ｄ_ＩＰと、線源格子の格子周期ｄ_０と、Ｌ_０１及びＬ_１２により決定されることが分かる。

図３は、アナライザー格子上に形成される干渉パターンの空間周波数スペクトルの変化を示す図であり、式（１４）に示されるようなＧ_ＩＰｏ（ξ，η）がＨ_Ｓ０（ξ，η）によるフィルタリングによりＧ_ＩＰ（ξ，η）に変換される過程の例を示している。尚、ここでは各スペクトルのξ軸上のプロファイルを示している。また、ａ（ｘ，ｙ）とｂ（ｘ，ｙ）は定数（つまりｘ，ｙに依存しない）としており、φ（ｘ，ｙ）に被検体の形状情報が反映されていた場合を想定している。また、ｈ_Ｓ（ｘ，ｙ）は２次元ガウシアン形状であった場合を想定している。図３（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）が｜Ｇ_ＩＰｏ（ξ，η）｜、｜Ｈ_Ｓ０（ξ，η）｜、｜Ｇ_ＩＰ（ξ，η）｜をそれぞれ表している。

図３（Ａ）におけるξ＝１／ｄ_ＩＰ付近のスペクトルが（１／２）Ｃ（ξ−１／ｄ_ＩＰ，η）の成分に相当し、ξ＝−１／ｄ_ＩＰ付近のスペクトルが（１／２）Ｃ^＊（ξ＋１／ｄ_ＩＰ，η）の成分に相当している。また、図３（Ｂ）におけるξ＝１／ｄ_ＩＰ付近のスペクトルが（１／２）Ｈ_Ｓ（ξ−１／ｄ_０´，η）の成分に相当し、ξ＝−１／ｄ_ＩＰ付近のスペクトルが（１／２）Ｈ_Ｓ（ξ＋１／ｄ_０´，η）の成分に相当している。この例ではｄ_０´がｄ_ＩＰよりもやや小さいような場合を想定しているため、搬送波付近に掛かるフィルターの中心は搬送波よりもやや高周波側に位置している。図３（Ｃ）はＨ_Ｓ０（ξ，η）によるフィルタリング後のスペクトルである。この例では側波帯の構造は元々搬送波に対して対称性の高いものであったが、搬送波に対して非対称的なフィルターが掛けられる効果により、対称性の低い側波帯構造に変形されている様子が分かる。

次に、Ｘ線がアナライザー格子を透過し検出器に入射することで最終的に計測されるＸ線強度分布について考える。アナライザー格子の透過率分布ｔ_２（ｘ，ｙ）を絶対値を無視して、

とする。ここでｄ_２はアナライザー格子の格子周期、φ_ｒはアナライザー格子の位相（格子のｘ方向に関する位置に相当する）を表している。尚、０≦φ_ｒ＜２πとする。φ_ｒ＝０のとき、被検体の影響が無い場所ではアナライザー格子の位置に形成される干渉パターンの明部とアナライザー格子の透過部とが重なり合う。一方、φ_ｒ＝πのとき、被検体の影響が無い場所ではアナライザー格子の位置に形成される干渉パターンの明部とアナライザー格子の遮蔽部とが重なり合う位置関係となる。つまり、φ_ｒ＝０で撮像すると明視野法、φ_ｒ＝πで撮像すると暗視野法となる。尚、アナライザー格子の位置に形成される干渉パターンの明部とアナライザー格子の透過部とが重なり合うとき、干渉パターンの周期方向（ここではｘ方向）において、明部の中心と透過部の中心との距離は０である。同様に、アナライザー格子の位置に形成される干渉パターンの明部とアナライザー格子の遮蔽部とが重なり合うとき、干渉パターンの周期方向において、明部の中心と遮蔽部の中心との距離は０である。明視野法を行う場合、明部の中心と透過部の中心との距離が０であること（φ_ｒ＝０）が好ましいが、干渉パターンと遮蔽格子との相対位置が多少ずれていても、明視野法で得られるＸ線強度分布と同様の特徴を有するＸ線強度分布が得られる。暗視野法の場合も同様である。よって、本発明及び本明細書では、明部の中心と透過部の中心との距離が周期の１／８倍以下（０≦φ_ｒ≦π／４又は７π／４≦φ_ｒ＜２π）であれば明視野法とみなす。一方、明部の中心と遮蔽部の中心との距離が周期の１／８倍以下（３π／４≦φ_ｒ≦５π／４）であれば暗視野法とみなす。明部の中心と透過部の中心との距離が周期の１／１０倍以下（０≦φ_ｒ≦π／５又は９π／５≦φ_ｒ＜２π）又は、明部の中心と遮蔽部の中心との距離が周期の１／１０倍以下（４π／５≦φ_ｒ≦６π／５）であることが好ましい。明視野法又は暗視野法の特徴がＸ線強度分布に特に反映されるためである。

また、φ_ｒ＝π／２又は３π／２のとき、明部の中心と透過部の中心との距離＝明部の中心と遮蔽部の中心との距離＝干渉パターンのピッチの１／４倍となる。このとき、アナライザー格子を透過したＸ線の強度は、最大値（φ_ｒ＝０のときのＸ線強度）と最小値（φ_ｒ＝πのときのＸ線強度）の平均値となる。干渉パターンとアナライザー格子とがこのような位置関係にあるとき、中間法で得られるＸ線強度分布の特徴が最も強く反映される。しかしながら、干渉パターンとアナライザー格子との位置が多少ずれていても、中間法で得られるＸ線強度分布と同様の特徴を有するＸ線強度分布が得られる。よって本発明及び本明細書では、明部の中心と透過部の中心との距離が周期の１／８倍より大きく、明部の中心と遮蔽部の中心との距離が周期の１／８倍より大きいとき（π／４＜φ_ｒ＜３π／４又は５π／４＜φ_ｒ＜７π／４）、その撮像方法を中間法とみなす。

尚、線源格子の場合と同様に、アナライザー格子の格子周期ｄ_２がｄ_ＩＰの２以上の整数倍もしくはそれに近い値をとることも可能であるが、こちらについてもＸ線透過率が低下するという点から一般に好ましくない。従って、以下ではｄ_２がｄ_ＩＰに近い値を有している場合について述べる。また通常、アナライザー格子は検出器の検出面のごく近傍に配置されることから、ここではアナライザー格子と検出面とが同位置にあると近似する。このとき、アナライザー格子を透過したＸ線の強度分布は検出面上に形成されるＸ線強度分布と一致する。また、使用する検出器による強度分布計測に固有の点拡がり関数（ＰＳＦ）をｈ_Ｄ（ｘ，ｙ）と表すとする。すると、最終的に計測されるＸ線強度分布ｇ_Ｍ（ｘ，ｙ）は、アナライザー格子を透過したＸ線の強度分布（ｇ_ＩＰ（ｘ，ｙ）ｔ_２（ｘ，ｙ））と検出器の点広がり関数から、

と書ける。従って、ｇ_Ｍ（ｘ，ｙ）のフーリエ変換であるＧ_Ｍ（ξ，η）は、

と書ける。但しここでは関数の中心が（ξ，η）空間において原点から大きく離れた領域に位置する項はＨ_Ｄ（ξ，η）によるフィルタリングの際に値が十分に小さくなると考えて無視している。また、ここで｜Ｈ_Ｄ（ξ，η）｜は検出器の変調伝達関数（ＭＴＦ）に相当する関数である。

ここで、本実施形態ではｄ_２＝ｄ_ＩＰであるので、式（１７）は、

と書き直せる。但しここでξ_０＝１／ｄ_０´−１／ｄ_ＩＰである。

ここで、議論の簡単化のため、ｈ_Ｓ（ｘ，ｙ）は偶関数と仮定する。ｈ_Ｓ（ｘ，ｙ）は実関数でもあるため、この時そのフーリエ変換であるＨ_Ｓ（ξ，η）もまた実偶関数となる。また、ｈ_Ｓ（ｘ，ｙ）の形状によってはＨ_Ｓ（ξ，η）は複数の極値を持つ構造となるが、そのような場合、ξ_０はＨ_Ｓ（ξ，η）において原点に位置するメインローブに含まれる程度に値が小さいと仮定する。この時、Ｈ_Ｓ（ξ−ξ_０，η）とＨ_Ｓ（ξ＋ξ_０，η）とをそれぞれ（ξ、η）＝（０，０）の周りでテイラー展開し、ηに関する項とξの２次以上の項とを無視すればＧ_Ｍ（ξ，η）は近似的に、

と書ける。従ってｇ_Ｍ（ｘ，ｙ）は、

と書ける。

式（２０）の最右辺において、第１項は干渉縞の影響を取り除いた時に残るような被検体の吸収情報に基づくコントラストを表している。また、第２項は干渉縞の振幅変調ｂ（ｘ，ｙ）と位相変調φ（ｘ，ｙ）の影響の一部を表している。例えばφ_ｒ＝π／２の時は前述の中間法による撮像に相当する条件となり、被検体の微分位相情報を反映したφ（ｘ，ｙ）の影響が画像に強く反映されることが分かる。また、φ_ｒ＝πの時などは前述の暗視野法による撮像に相当する条件となるが、この時はφ（ｘ，ｙ）の値が十分に大きくならない限りその影響が画像にあまり反映されず、一方で被検体の散乱情報を含むｂ（ｘ，ｙ）の影響は画像に強く反映されることが分かる。尚、第２項はξ_０＝０の時に変動が最大化される項であり、ｂ（ｘ，ｙ）とφ（ｘ，ｙ）の画像への影響の与え方に関して、従来のトールボット干渉計と同じ特徴を表す項である。一方、式（２０）の最右辺における第３項は、ξ_０≠０、つまり干渉パターンのずれ量ｄ_０´≠干渉パターンのパターンピッチｄ_ＩＰの時にのみゼロでない値を持ちうる項であり、本実施形態に特有の効果を表す項である。第３項における波括弧（｛｝）内の第１項

は、主としてｂ（ｘ，ｙ）のｘ方向に沿った微分値の影響を表している。尚、ｂ（ｘ，ｙ）の微分値は吸収情報の微分値（微分吸収情報）と散乱情報の微分値（微分散乱情報）とを反映している。ｓｉｎ［φ（ｘ、ｙ）＋φ_ｒ］の絶対値は中間法（φ_ｒがπ／２又は３π／２に近い値を取る）による撮像時には大きな値を持つため、この項は、中間法による撮像時には微分吸収情報と微分散乱情報とが画像に強い影響を与えることを示している。一方、暗視野法（φ_ｒがπに近い値をとるとき）による撮像時にはこの項は一般に画像に強く影響しないことが分かる。

さらに、第３項における波括弧（｛｝）内の第２項

は主としてｂ（ｘ，ｙ）と、φ（ｘ，ｙ）のｘ方向に沿った微分値の影響を表している。尚、φ（ｘ，ｙ）の微分値は被検体の微分位相情報の微分値（２次微分位相情報又は波面曲率）を反映している。ｃｏｓ［φ（ｘ、ｙ）＋φ_ｒ］の絶対値は暗視野法による撮像時には大きな値を持つため、この項は、暗視野法による撮像時には散乱情報のみでなく２次微分位相値の情報が画像に強い影響を与えることを示している。一方、中間法による撮像時には、この項は一般に画像に強く影響しないことが分かる。このように、式（２０）の最右辺の第３項は、本来散乱情報を取得できない中間法のときには検出器上のＸ線強度分布に散乱情報を強く反映させるという効果を表している。一方、本来位相情報の感度が低い暗視野法のときには検出器上のＸ線強度分布に位相情報を強く反映させるという効果を表している。

尚、第３項は全体として、Ｈ_Ｓ（ξ，η）のξ＝−ξ_０における微分値が大きいほど、画像に与える影響が強くなることが分かる。

以上をまとめると、本実施形態による干渉計を用いて中間法による撮像を行った際には、吸収情報と、微分位相情報と、微分吸収情報と、微分散乱情報とを強く反映した画像が取得できる。一方、本実施形態による干渉計を用いて暗視野法による撮像を行った際には、吸収情報と、散乱情報と、２次微分位相情報とを強く反映した画像が取得できる。

尚、明視野法の場合も、第３項における波括弧（｛｝）内の第２項のｃｏｓ［φ（ｘ、ｙ）＋φ_ｒ］が大きい値を持つため、暗視野法と同様に従来よりも位相情報を強く反映したＸ線強度分布が検出器上に形成される。

このように、本実施形態により、被検体の吸収情報、位相情報、散乱情報を取得することができる。本実施形態のトールボット干渉計を用いて、暗視野法又は明視野法を行った場合であっても、上記第３項が加わることにより、取得されるＸ線強度分布に位相情報が強く反映されるため、位相情報を従来の暗視野法よりも感度よく取得できる。

ここで、本実施形態全体及びそれぞれの撮像方法のその他の特徴について述べる。

まず、暗視野法による撮像では画像のバックグラウンドのＸ線強度が比較的低いことにより全体としてＸ線ショットノイズの規模が小さいことから比較的高いＳＮ比による散乱情報と２次微分位相情報の取得が可能である。

また、明視野法ではアナライザー格子の透過時におけるＸ線量の損失が少ないことから比較的高いＳＮ比による吸収情報の取得と同時に散乱情報と２次微分位相情報の取得が可能である。

また、暗視野法及び明視野法では中間法に比べると格子の相対位置の変化に対するバックグラウンドのＸ線強度変化が小さいことから格子のアライメント精度への要求が比較的緩やかである。

また、本実施形態全体の特徴として、被検体情報を反映しているＣ（ξ，η）及びＣ^＊（ξ，η）のスペクトルに対してＨ_Ｓのフィルターが中心をずらして掛けられる効果によりｃ（ｘ，ｙ）における高周波領域の成分がより残存し易くなる。よって、撮像の空間分解能が高くなるという効果がある。

尚、前述のように干渉計に用いる格子のパターンは正方格子や六角格子などの２次元格子パターンであっても良い。この場合、暗視野法と明視野法では複数の方向に関する散乱情報と複数の方向に沿った２次微分位相情報とを同時取得できるという特長がある。尚、従来の中間法でも１方向に関する被検体の微分位相情報を感度良く取得することはできるが、２次元格子パターンを持つ格子を用いたとしても複数の方向に関する微分位相情報を同時に取得することはできない。また、本実施形態により暗視野法を行う場合には線源格子又はアナライザー格子のいずれか一方が前述の反転型格子パターンを有していることが好ましい。

以降では、本実施形態による干渉計において特に高い撮像性能を得るためのξ_０の範囲について説明する。

Ｘ線発光点が２次元ガウシアン状の発光強度分布を有するものと仮定すると、ｇ_Ｓ（ｘ_０，ｙ_０）は、

と書ける。ここで、σ_ＳはＸ線発光点の空間的広がりの規模を決める定数である。この時ｈ_Ｓ（ｘ，ｙ）は式（９）より、

と書ける。ただしここでσ_Ｓ´は、

である。またこの時ｈ_Ｓ（ｘ，ｙ）のフーリエ変換であるＨ_Ｓ（ξ，η）は係数を無視すれば、

と書け、こちらもガウシアン形状となる。ただしここでσ_ＳＦはＨ_Ｓ（ξ，η）の幅を決める定数であり、

となる。

ここでｎ_１＝１の時、ξ_０は、

と書ける（但し｜α_１｜＜＜１とする）。一方、被検体情報のスペクトルであるＣ（ξ−１／ｄ_ＩＰ，η）は、搬送波を中心として搬送波の周囲に２次元的に分布する。但し、φ（ｘ，ｙ）が前述のように被検体を透過したＸ線の位相分布を搬送波の方向に沿って微分した分布を反映していることから、Ｃ（ξ−１／ｄ_ＩＰ，η）の成分はこの場合、搬送波方向であるξ軸方向に関して特に強く現れる。よって、フィルターＨ_Ｓはξ軸に沿ってシフトさせる（ξ_０≠０とする）ことが好ましい。ここで、｜ξ_０｜を大きくとればｃ（ｘ、ｙ）におけるより高い周波数成分を多く伝送することが可能となるが、同時に低周波成分が欠落することにより信号の量が全体として少なくなるなどの欠点がある。このような低周波成分の欠落を防ぎつつ本実施形態の特長を効果的に得るためにはξ_０を、

となる程度に選べばよい。｜ξ_０｜の値が０．３σ_ＳＦ付近の時は、干渉計は比較的従来の設計の場合に近い撮像性能を有しながら、上述のような本実施形態に特有の特徴を有することができる。一方｜ξ_０｜の値が３．０σ_ＳＦ付近の時は、高周波数成分の伝送量を大幅に増大させることができるため、特にサイズの小さい物体や構造の特徴を効率良く伝送することができる。しかしながら低周波成分が大きく低減するため、全体として信号の量が少なくなる場合が多い。ここで、ｇ_Ｓ（ｘ_０，ｙ_０）の半値全幅をｗ_Ｓとすると、ｇ_Ｓ（ｘ_０，ｙ_０）がガウシアン形状を持つ時にはｗ_Ｓ＝２σ_Ｓ（２ｌｎ２）^０．５の関係があることから式（２７）は、

と書き直せる。係数部分を計算してα_１を用いて書き直せば、概ね、

と書ける。式（２９）は、本実施形態において線源格子ピッチｄ_０の値を決めるためのずれ率α_１の好適な範囲を与える式である。尚、Ｘ線発光点の発光強度分布ｇ_Ｓ（ｘ_０、ｙ_０）がガウシアン形状以外の一般的な、例えば矩形関数状の形状を有する場合等についても、Ｈ_Ｓ（ξ，η）の形状がより複雑になるものの、α_１の値の好適な範囲は式（２９）により与えられる範囲と概ね一致する。

ここで、ビームスプリッター格子の格子周期をｄ_１とするとｄ_ＩＰとｄ_１の関係は一般に、

と書ける。ここでｍは正の整数である。ｍの好適な値は、ビームスプリッター格子のパターンと干渉パターンとの関係により決まるが、一般にはｍ＝１又は２とすることが好ましい。ｍ＝１とすることが好ましい場合の代表的な例は、ビームスプリッター格子として所謂π／２変調型の位相格子の位相格子を用いる場合である。一方、ｍ＝２とすることが好ましい場合の代表的な例は、ビームスプリッター格子として所謂π変調型の位相格子を用いる場合である。またこのほか、干渉パターンにおける高調波成分を搬送波として用いる場合も、ｍが１以外の値を持つことに相当する。式（３０）を用いると式（２９）はｄ_１を用いて、

と書き直せる。また、この時のｄ_０の値はｄ_１を用いて、

と書き直せる。さらにｄ_２は、

と書き直せる。ここでｎ_２は正の整数であり、前述のように透過率の観点からｎ_２＝１であることが好ましい。

尚、Ｘ線発光点の発光強度分布については例えばＸ線光路中の所定の位置にピンホールを置いて撮像を行うなどの方法により容易に計測できることが知られており、発光強度分布の半値全幅であるｗ_Ｓは容易に計測可能である。従って、干渉計が式（３１）（３２）の条件を満たすか否かの検証は容易である。

また、Ｇ_ＩＰｏ（ξ，η）に見られる側波帯のうち、α_１＜０とすることにより上側波帯の成分を強く伝送しても良いし、α_１＞０とすることにより下側波帯を強く伝送しても良い。但し、前述のように被検体の情報は干渉パターンの振幅変調だけでなく位相変調としても現れるため、一般に上側波帯の振幅スペクトルと下側波帯の振幅スペクトルとは完全な対称形にはならない。さらに、被検体の種類によっては上下の側波帯のどちらを伝送するかにより、その構造の視認性や検出力に大きな違いが生ずる場合もあり得る。従って、このような関係を踏まえ、あらかじめ予測される側波帯のうち、伝送（強調）したい領域が周波数フィルターＨ_Ｓのうち搬送波に掛けられる領域の極大値近くに配置されるように、α_１の値を設定しておくことがより好ましい。また、ユーザーが特に観察したい（強調したい）被検体のサイズを設定できるような構成をとることもできる。その場合、ユーザーがサイズを設定する設定手段と、演算装置と、複数備える線源格子のうち、決定された線源格子を光路中に配置する手段とを備えればよい。演算装置は、設定されたサイズに基づいて強調する周波数を決定する手段と、決定された周波数と搬送波との周波数差（ξ_０）に応じてα_１を決定する手段と、決定されたα_１に基づいて用いる線源格子を決定する手段とを備える。設定手段は、例えば、ダイヤルや数値を入力するボタンと設定された数値を表示する表示部などを用いることができる。また、決定された線源格子を光路中に配置する手段は、演算装置からの指令を受けて線源格子を移動させる移動部（アクチュエータやギア等を用いることができる）を用いることができる。尚、複数の線源格子のうち、用いる線源格子を変更する代わりに、ピッチの変更が可能な線源格子（例えば、特開２０１１−１５３８６９に記載されている線源格子）を用いても良い。

また、線源格子を用いる代わりに、線状Ｘ線発光部や微小Ｘ線発光点による１次元又は２次元のアレイ構造を有するＸ線源を使用しても良い。このようなＸ線源は、Ｘ線管における陽極表面に凹凸を形成する方法や、複数の陽極材料をアレイ状に配列する方法などにより形成しても良いし、通常の陽極表面上に電子線光学系により電子線によるアレイ状のパターンを形成することにより形成しても良い。また、電子線光学系の制御により電子線のビーム形状を変えることで、線状Ｘ線発光部や微小Ｘ線発光点の配列周期を変更できるようにすることにより、被検体情報のうちで特に強調する空間周波数を容易に変更できるような構成としても良い。

また、干渉パターンとアナライザー格子の位置関係を変更できるように干渉計を構成しておけば、被検体や取得したい情報に応じて撮像方法を選択、変更して実行することができる。位置関係が変更できれば、縞解析が不要な撮像方法だけでなく、取得したモアレ縞を縞解析することで被検体の情報を取得する撮像方法も行うことができる。縞解析を行う場合、比較的周期の細かいモアレ縞を検出器上に形成するか、位相ステッピング法（縞走査法）により検出結果を取得することが好ましい。縞解析により取得される被検体情報は一般的に、取得されたモアレ縞における、モアレ起因の強度増減を除外した局所的な平均値と、特定のモアレ縞成分の局所的な位相値と、同じく特定のモアレ縞成分の局所的なビジビリティ値の分布である。尚、モアレ縞成分のビジビリティ値は、モアレ縞の周期成分の振幅値を平均値で除した値として定義されることが多い。

干渉パターンとアナライザー格子の位置関係を変更できるように干渉計を構成するためには、線源格子、ビームスプリッター格子、アナライザー格子、の少なくともいずれかを移動できる移動部を設ければよい。線源格子、ビームスプリッター格子の少なくともいずれかの移動により、干渉パターンを移動させることができる。

移動部は、例えばアクチュエータを使用することができる。操作者が移動部に移動量を指示することで撮像法を決定しても良いし、操作者が撮像モードを選択すると自動で格子の位置合わせを行う構成としても良い。選択された撮像モードを移動指示部に指示する撮像モード指示部と、各格子の移動部に移動量を指示する移動指示部とを備えれば、操作者が撮像モードを選択すると自動で格子の位置合わせを行う構成とすることができる。尚、移動指示部は各格子を適切に配置するために各格子の移動部に各格子の移動量を指示するものである。また、格子の移動とは、格子の面内回転も含むものとする。撮像モード指示部と移動指示部のそれぞれは、プロセッサーと記憶部を有する演算装置で構成することができる。また、撮像モード指示部と移動指示部を１つの演算装置で構成することもできるし、撮像モード指示部、移動指示部、被検体情報取得部を１つの演算装置で構成することもできる。

比較的周期の細かいモアレ縞を検出器上に形成し、モアレ縞の強度分布を取得して縞解析を行う撮像モードを実行する場合、このモアレ縞は検出画素の画素ピッチの２倍以上２０倍以下のピッチを持つことが好ましい。よって、移動指示部がこの撮像モードを実行する指示を受け取ると、線源格子と検出器との間に被検体が配置されていないときに、モアレ縞のピッチがこの範囲になるように、線源格子とビームスプリッター格子とアナライザー格子が配置される。各格子がこのように配置された状態で撮像を行うことで、この撮像モードを実行することができる。

また、位相ステッピング法を行う撮像モードを実行する場合、複数の干渉パターンで形成される周期パターンとアナライザー格子との位置関係を変化させて複数回のＸ線強度分布の検出を行う必要がある。よって、移動指示部が撮像モード指示部からこの撮像モードを実行する指示を受け取ると、複数回Ｘ線強度分布を取得する合間に、線源格子とビームスプリッター格子とアナライザー格子のうちの少なくともいずれかひとつの格子の位置を変える。尚、操作者は撮像モードを選択する代わりに、例えば周期パターンの周期、周期パターン又はアナライザー格子の格子パターンの周期方向を選択しても良い。

また、上述の実施形態では、１方向に周期方向を有する１次元格子について説明したが、複数の方向に周期を有する２次元格子を用いても良い。例えば、ｘ方向とｙ方向とに周期方向を有する２次元格子を用いた場合、ｘ方向とｙ方向とのそれぞれで式（３１）（３２）（３３）が成り立てばよい。３方向以上に周期方向を有する２次元格子（例えば六角格子）を用いる場合も同様である。

以下、実施形態のより具体的な実施例について記述する。

（実施例１）
実施例１は実施形態の具体的な実施例である。干渉計はＸ線源として、タングステン陽極を備えたＸ線管を備える。Ｘ線管は管電圧やフィルターの調整により２５ｋｅＶ付近の光子エネルギーを中心に一定のエネルギーバンド幅を持つＸ線を発する。尚、本干渉計は波長０．０５ｎｍ付近のＸ線（光子エネルギー約２５ｋｅＶ）に対して特に効果的に機能するように設計されている。Ｘ線発光点の実効的な発光強度分布は半値全幅５００μｍの２次元ガウシアン形状を有している。線源格子、ビームスプリッター格子、アナライザー格子のパターンは図２に示した通りである。ビームスプリッター格子はシリコン製の位相格子であり、格子周期ｄ_１は８．０μｍである。位相進行部と位相遅延部では格子基板の厚さが３２μｍ異なることにより、波長０．０５ｎｍ付近の入射Ｘ線に対して約πｒａｄの位相変調を与える。尚、位相進行部と位相遅延部の幅は等しい。線源格子とアナライザー格子は共に、シリコン基板上にＸ線遮蔽部として厚さ１００μｍの金めっき膜を形成したような構造を有している。また、検出器は画素ピッチ５０μｍのフラットパネル検出器である。検出器の固有の点拡がり関数は半値全幅５０μｍの２次元ガウシアン形状を有している。

Ｌ_０１、Ｌ_１２はそれぞれ８００ｍｍ、２００ｍｍである。線源格子とＸ線発光点、及びアナライザー格子と検出器の検出面とはそれぞれほぼ同一位置に配置される。この時、ｄ_０とｄ_２とは式（３２）（３３）に基づきそれぞれ２０．０（１＋α_１）μｍ、５．０μｍと計算される。但しここではビームスプリッター格子が所謂π変調格子であることを考慮してｍ＝２としており、ｎ_１＝ｎ_２＝１としている。ここで、本実施例ではずれ率α_１を−０．０１５と設定する。すなわちｄ_０は１９．７μｍである。尚、α_１の値の好適な範囲は式（３１）に基づけば０．００４＜｜α_１｜＜０．０４４となる。

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および変更が可能である。

１ Ｘ線発光点
２ 線源格子
３ ビームスプリッター格子
４ アナライザー格子
５ 検出器
２１ Ｘ線透過部

Claims (15)

1. 複数のＸ線透過部を有し、Ｘ線源からのＸ線の一部を透過する線源格子と、前記Ｘ線透過部からのＸ線を周期構造により回折し、干渉パターンを形成するビームスプリッター格子と、前記干渉パターンの一部を遮蔽するアナライザー格子と、前記アナライザー格子からのＸ線を検出する検出器と、を備え、
   前記ビームスプリッター格子は、前記複数のＸ線透過部の夫々からのＸ線を前記周期構造により回折することで前記複数のＸ線透過部の夫々に対応する干渉パターンを形成し、
   前記複数のＸ線透過部は、前記複数のＸ線透過部の夫々に対応する前記干渉パターンを互いに重畳させることにより特定の空間周波数成分が強調された周期パターンを形成するように前記干渉パターン同士が整合する条件を満たす格子周期からずれた格子周期を有して前記線源格子に配置され、
   前記特定の空間周波数成分は、前記干渉パターンに固有の空間周波数成分が被検体により変調されることで発生する側波帯に含まれる空間周波数成分であり、
   前記線源格子と前記アナライザー格子との間に被検体が配置されていないときにおける前記周期パターンと前記アナライザー格子の格子パターンとの位置関係は、写野内全体において略等しいことを特徴とするＸ線トールボット干渉計。
2. 前記干渉パターンのピッチと前記アナライザー格子のピッチとが等しく、且つ、前記干渉パターンの周期方向と前記アナライザー格子の周期方向とが同一であることを特徴とする請求項１に記載のＸ線トールボット干渉計。
3. 前記写野は、前記検出器における検出面全体に対応することを特徴とする請求項１又は２に記載のＸ線トールボット干渉計。
4. 複数のＸ線透過部を有し、Ｘ線源からのＸ線の一部を透過する線源格子と、前記Ｘ線透過部からのＸ線を周期構造により回折し、干渉パターンを形成するビームスプリッター格子と、前記干渉パターンの一部を遮蔽するアナライザー格子と、前記アナライザー格子からのＸ線を検出する検出器と、を備え、
   前記ビームスプリッター格子は、前記複数のＸ線透過部の夫々からのＸ線を前記周期構造により回折することで前記複数のＸ線透過部の夫々に対応する干渉パターンを形成し、前記複数のＸ線透過部は前記複数のＸ線透過部の夫々に対応する前記干渉パターンを互いに重畳させることにより特定の空間周波数成分が強調された周期パターンを形成するように配置され、
   前記干渉パターンのピッチと前記アナライザー格子のピッチとが等しく、且つ、前記干渉パターンの周期方向と前記アナライザー格子の周期方向とが同一であり、前記線源格子の前記複数のＸ線透過部のピッチｄ_０が下記式で表されることを特徴とするＸ線トールボット干渉計。
   

   

   
   但し、ｄ_１を前記ビームスプリッター格子の格子ピッチ、ｎ_１、ｍを正の整数、Ｌ_０１を前記線源格子と前記ビームスプリッター格子との間の距離、Ｌ_１２を前記ビームスプリッター格子と前記アナライザー格子との間の距離とする。またα_１を、
   

   

   
   の範囲にある定数とする。但しｗ_Ｓを前記Ｘ線源におけるＸ線発光点の発光強度分布の半値全幅とする。
5. 前記ｍが１又は２であることを特徴とする請求項４に記載のＸ線トールボット干渉計。
6. 前記周期パターンのピッチと前記アナライザー格子のピッチとが等しく、
   前記線源格子と前記検出器との間に被検体が配置されていないとき、
   前記周期パターンの周期方向において、
   前記周期パターンの明部の中心と前記アナライザー格子のＸ線遮蔽部の中心との距離と、
   前記周期パターンの明部の中心と前記アナライザー格子のＸ線透過部の中心との距離と、のうち短い方の距離が、前記周期パターンのピッチの１／８倍以下となるように、
   前記線源格子と前記ビームスプリッター格子と前記アナライザー格子とが配置されてい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線トールボット干渉計。
7. 前記周期パターンの明部の中心と前記アナライザー格子のＸ線遮蔽部の中心との距離と、
   前記周期パターンの明部の中心と前記アナライザー格子のＸ線透過部の中心との距離と、のうち短い方の距離が、前記周期パターンのピッチの１／１０倍以下となるように、
   前記線源格子と前記ビームスプリッター格子と前記アナライザー格子とが配置されていることを特徴とする請求項６に記載のＸ線トールボット干渉計。
8. 前記線源格子と前記ビームスプリッター格子と前記アナライザー格子とは、方向の異なる複数の周期成分を含む格子パターンを有する格子であ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線トールボット干渉計。
9. 前記線源格子と前記ビームスプリッター格子と前記アナライザー格子との少なくともいずれかの位置を移動する移動部と、実行する撮像モードを指示する撮像モード指示部とを備え、
   前記撮像モード指示部は、第１の撮像モードと第２の撮像モードとを指示することが可能であり、
   前記第１の撮像モードは、
   前記線源格子と前記アナライザー格子との間に被検体が配置されていないときに、
   前記周期パターンと前記アナライザー格子の格子パターンとの位置関係が写野内全体において略等しい状態において撮像を行う撮像モードであり、
   前記第２の撮像モードは、
   位相ステッピング法を行う撮像モードであ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線トールボット干渉計。
10. 前記線源格子と前記ビームスプリッター格子と前記アナライザー格子との少なくともいずれかの位置を移動する移動部を備え、
    前記検出器はＸ線を検出する複数の検出画素を有し、
    前記移動部により前記干渉パターンと前記アナライザー格子との位置関係を変更することで、第１の撮像モードから第２の撮像モード、又は第２の撮像モードから第１の撮像モードに撮像モードを変更することが可能であり、
    前記第１の撮像モードは、
    前記線源格子と前記アナライザー格子との間に被検体が配置されていないときに、
    前記周期パターンと前記アナライザー格子の格子パターンとの位置関係が写野内全体において略等しい状態において撮像を行う撮像モードであり、
    前記第２の撮像モードは、
    前記線源格子と前記ビームスプリッター格子と前記アナライザー格子とが、
    前記線源格子と前記アナライザー格子との間に被検体が配置されていないときに、前記検出画素の画素ピッチの２倍以上２０倍以下の周期を持つ強度分布が前記写野内に形成されるように配置された状態で撮像を行う撮像モードであ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線トールボット干渉計。
11. 前記Ｘ線源を備えることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のＸ線トールボット干渉計。
12. 前記検出器が取得したＸ線強度分布を表示する画像表示部を備えることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のＸ線トールボット干渉計。
13. 前記周期パターンと前記アナライザー格子の格子パターンとの前記位置関係が写野内全体において略等しいとは、
    前記周期パターンのピッチと前記アナライザー格子のピッチとが等しく、
    前記線源格子と前記検出器との間に被検体が配置されていないとき、
    前記周期パターンの周期方向において、前記周期パターンの明部の中心と前記アナライザー格子のＸ線遮蔽部の中心との距離が、前記干渉パターンのピッチの１／４倍以下となるように、前記線源格子と前記ビームスプリッター格子と前記アナライザー格子とが配置されていることであ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線トールボット干渉計。
14. 前記周期パターンの明部の中心と前記アナライザー格子のＸ線遮蔽部の中心との距離が、前記干渉パターンのピッチの１／８倍以下となるように、前記線源格子と前記ビームスプリッター格子と前記アナライザー格子とが配置されていることを特徴とする請求項１３に記載のＸ線トールボット干渉計。
15. 前記周期パターンの明部の中心と前記アナライザー格子のＸ線遮蔽部の中心との距離が、前記干渉パターンのピッチの１／１０倍以下となるように、前記線源格子と前記ビームスプリッター格子と前記アナライザー格子とが配置されていることを特徴とする請求項１４に記載のＸ線トールボット干渉計。

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