JP6656391B2 - 放射線位相差撮影装置 - Google Patents

Description

本発明は、物体を透過した放射線の位相差を利用して物体の内部構造をイメージングする放射線位相差撮影装置に関する。

従来、物体に放射線を透過させて物体の内部構造をイメージングする放射線撮影装置として様々なものが考え出されている。このような放射線撮影装置の一般的なものとしては、物体に放射線を当て、物体を通過させることにより放射線の投影像を撮影するものである。このような投影像には、放射線を通しやすさに応じて濃淡が現れており、これが物体の内部構造を表している。

このような放射線撮影装置では、ある程度放射線を吸収する性質を有する物体しか撮影することができない。例えば生体軟部組織などは、放射線をほとんど吸収しないか、もしくは周囲の物質との吸収差がほとんどない場合がある。一般的な装置でこのような組織を撮影したとしても、投影像にはほとんど何も写らない。このように放射線の吸収差のない物体の内部構造をイメージングしようとするときは、一般的な放射線撮影装置では原理上の限界がある。

そこで、透過放射線の位相差を利用して物体の内部構造をイメージングする放射線位相差撮影装置が考え出されてきている。このような装置は、タルボ干渉を利用して物体の内部構造をイメージングする（例えば特許文献１参照）。

図２１は、放射線位相差撮影装置を説明している。放射線位相差撮影装置は、放射線を照射する放射線源５３ａと、放射線の位相を揃えるマルチスリット５３ｂと、スダレ状のパターンを有する位相格子５５と、放射線を検出する検出器とを備えている。図２１の装置では、被写体は位相格子５５と検出器とに挟まれる位置に配置する構成となっている。マルチスリット５３ｂは、縦長に伸びたスリットが横方向に配列して構成される。位相格子５５は、放射線を透過させにくい縦方向に伸びた遮蔽線が横方向に配列して構成されている。

放射線位相差撮影装置の原理について簡単に説明する。位相格子５５に放射線を照射すると、位相格子５５から特定の距離（タルボ距離）だけ離れた位置に位相格子５５の自己像が現れる。検出器は、この自己像が写り込むように位相格子５５との位置が調整されている。この自己像は、見た目は位相格子５５の影が映り込んだような像である。しかし、自己像は、放射線の干渉によって生じた干渉縞なのであり、単なる投影ではないことには注意が必要である。

位相格子５５と検出器との間に被写体を設置すると、位相格子５５を出射した放射線は、検出器で検出される前に被写体を透過するようになる。このとき検出器上に現れる自己像は、被写体を透過することによりわずかに乱れている。この乱れは、放射線が被写体を透過する間に位相がずれたことに起因している。

特開２０１２−２４３３９号公報

しかしながら、従来構成の放射線位相差撮影装置には次のような問題点がある。
すなわち、従来構成の放射線位相差撮影装置には、撮影の柔軟性に欠けるという問題点がある。

タルボ干渉を利用した放射線位相差撮影装置は、位相格子５５の自己像が撮影できるような装置構成となっていなければならない。このとき装置構成の設定として決定すべきパラメータとしては、例えば、マルチスリット５３ｂにおける各スリットの間隔、マルチスリット５３ｂから位相格子５５までの距離、位相格子５５における位相シフト部の間隔、位相格子５５から検出器までの距離、検出器における検出素子のピッチである。これら各パラメータを最適に設定しないと、位相格子５５の自己像を撮影することができなくなってしまう。

マルチスリット５３ｂからは、放射線が放射状に照射される。したがって、検出器上に現れる自己像は、位相格子５５がある一定の拡大率で拡大されたような像となる。この拡大率は、マルチスリット５３ｂから位相格子５５までの距離と位相格子５５から検出器までの距離の２つのパラメータで決定される。

撮影の目的によっては、拡大率を低倍率にして被写体の全体を撮影した方がよい場合と、拡大率を高倍率にして被写体の一部を拡大して撮影した方がよい場合がある。一般的なＸ線撮影であれば、被写体の位置は比較的自由に変更できるので、好みの拡大率で被写体を撮影することはさほど困難ではない。しかし、放射線位相差撮影装置では、被写体の位置を変えようとすると、位相格子５５から被写体が遠ざかることにより鮮明な像が撮影できにくくなるという事情がある。被写体と位相格子５５とを近づけないと、自己像の乱れが撮影しにくいのである。

この様な事情から、従来構成の放射線位相差撮影装置を用いた撮影では、適用可能な拡大率の範囲が狭い。また、被写体の位置をマルチスリット５３ｂ側に移動させると、確かに被写体の一部が大きく拡大されて自己像の中に写り込むことにはなるが、自己像の乱れはわずかになってしまい、結局、被写体の内部情報を十分に取り出すことができなくなってしまう。

本発明は、この様な事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、多様な撮影目的に対応することができる放射線位相差撮影装置を提供することにある。

本発明は上述の課題を解決するために次のような構成をとる。
すなわち、本発明に係る放射線位相差撮影装置は、（Ａ１）放射線を照射する放射線源と、（Ｂ）放射線源から発生した放射線を通過させることにより放射線の位相を揃える構成となっており、複数のスリットが配列されて構成されるマルチスリットと、線状の構造体が配列されて構成される格子と、格子の自己像または格子の吸収により生じる影を検出するとともに放射線を検出する検出素子が縦横に配列されて構成される検出器と、（Ｐ１）放射線源から発せられる放射線が通過する位置におけるマルチスリットに係るスリットの配列ピッチを変更させるスリット配列ピッチ変更部と、（Ｑ１）スリットの配列ピッチが変更されると格子に係る構造体の配列ピッチおよび格子と検出器との距離を変更させる格子変更部を備えることを特徴とするものである。

［作用・効果］本発明によれば、多様な撮影目的に対応することができる放射線位相差撮影装置を提供することができる。すなわち、本発明の装置は、マルチスリットに係るスリットの配列ピッチと格子に係る構造体の配列ピッチとが変更可能になっている。マルチスリット、格子、検出器の位置関係は、マルチスリットに係るスリットの配列ピッチ、格子に係る構造体の配列ピッチ、および検出器に係る検出素子の配列ピッチで決定されてしまう。本発明によれば、このうちスリットの配列ピッチと構造体の配列ピッチとを変更することにより、マルチスリット、格子、検出器の位置関係を変更することができる。この３者の位置関係を変更すれば、検出器に写り込む格子の自己像の拡大率を変更することができる。本発明は、このような構成により多様な撮影目的に対応することができるようになっている。
なお、スリットの配列ピッチおよび構造体の配列ピッチを変化させるようにすれば、自己像の拡大率を変更するのに際し、検出器に係る検出素子の配列ピッチを変化する必要がなくなる。このように構成すれば、同じ検出器を流用しながら拡大率の変更が可能となる。

また、上述の放射線位相差撮影装置において、マルチスリットがスリットの配列ピッチの異なる複数の部分を有しており、スリット配列ピッチ変更部がマルチスリットを放射線源に対して移動させることでスリットの配列ピッチの変更を実現すればより望ましい。

［作用・効果］上述は、本発明の具体的な構成を表している。上述のようにスリットの配列ピッチを変更すれば、確実にピッチの変更が可能となる。

また、上述の放射線位相差撮影装置において、スリットの配列ピッチが異なる複数のマルチスリットを備え、スリット配列ピッチ変更部が複数のマルチスリットのうちいずれのマルチスリットに放射線を通過させるか切り替えることでスリットの配列ピッチの変更を実現すればより望ましい。

［作用・効果］上述は、本発明の具体的構成を表している。上述のようにスリットの配列ピッチを変更すれば、確実にピッチの変更が可能となる。

また、上述の放射線位相差撮影装置において、格子が構造体の配列ピッチの異なる複数の部分を有しており、格子変更部が格子を放射線源に対して移動させることで構造体の配列ピッチの変更を実現すればより望ましい。

［作用・効果］上述は、本発明の具体的構成を表している。上述のように構造体の配列ピッチを変更すれば、確実にピッチの変更が可能となる。

また、上述の放射線位相差撮影装置において、構造体の配列ピッチが異なる複数の格子を備え、格子変更部が複数の格子のうちいずれの格子に放射線を通過させるか切り替えることで構造体の配列ピッチの変更を実現すればより望ましい。

［作用・効果］上述は、本発明の具体的構成を表している。上述のように構造体の配列ピッチを変更すれば、確実にピッチの変更が可能となる。

また、上述の放射線位相差撮影装置において、縞走査法、またはモアレ一枚撮り法により位相差のイメージングを行えばより望ましい。

［作用・効果］上述のように本発明は縞操作法、またはモアレ一枚撮り法によるイメージングを行う装置にも適用できる。

また、本発明に係る放射線位相差撮影装置は、（Ａ２）放射線を照射するターゲットが配列されることにより放射線の位相を揃える構成となっている放射線源と、線状の構造体が配列されて構成される格子と、格子の自己像または格子の吸収により生じる影を検出するとともに放射線を検出する検出素子が縦横に配列されて構成される検出器と、（Ｐ２）放射線源における放射線を照射するターゲットの配列ピッチを変更させるターゲットピッチ変更部と、（Ｑ２）ターゲットの配列ピッチが変更されると格子に係る構造体の配列ピッチおよび格子と前記検出器との距離を変更させる格子変更部を備えることを特徴とするものである。

［作用・効果］本発明は、マルチスリットを有しない構成についても適用することができる。上述の構成は、マルチスリットの代わりに複数のターゲットを備えている。このターゲットの配列ピッチを変更すると、マルチスリットにおけるスリットの配列ピッチを変更するのと同様の効果が得られる。

本発明によれば、多様な撮影目的に対応することができる放射線位相差撮影装置を提供することができる。すなわち、本発明の装置は、マルチスリットに係るスリットの配列ピッチと格子に係る構造体の配列ピッチとが変更可能になっている。マルチスリット、格子、検出器の位置関係は、マルチスリットに係るスリットの配列ピッチ、格子に係る構造体の配列ピッチ、および検出器に係る検出素子の配列ピッチで決定されてしまう。本発明によれば、このうちスリットの配列ピッチと構造体の配列ピッチとを変更することにより、マルチスリット、格子、検出器の位置関係を変更することができる。

実施例１に係るＸ線位相差撮影装置の全体構成を説明する機能ブロック図である。 実施例１に係るマルチスリットおよび位相格子の構成を説明する平面図である。 実施例１に係るＦＰＤの構成を説明する平面図である。 実施例１に係る各パラメータの関係を説明する模式図である。 実施例１に係る各パラメータの関係を説明する模式図である。 実施例１に係る各パラメータの関係を説明する模式図である。 実施例１に係る被写体の位置について説明する模式図である。 実施例１に係る被写体の位置について説明する模式図である。 実施例１に係る自己像について説明する模式図である。 実施例１に係る被写体と位相格子の位置関係について説明する模式図である。 実施例１に係る被写体と位相格子の位置関係について説明する模式図である。 実施例１に係る被写体と位相格子の位置関係について説明する模式図である。 実施例１に係る低倍率モードにおける各種パラメータについて説明する模式図である。 実施例１に係る高倍率モードにおける各種パラメータについて説明する模式図である。 実施例１に係るマルチスリットの切り替えについて説明する模式図である。 実施例１に係る位相格子の切り替えについて説明する模式図である。 本発明の１変形例について説明する模式図である。 本発明の１変形例について説明する模式図である。 本発明の１変形例について説明する模式図である。 本発明の１変形例について説明する模式図である。 従来構成に係る装置を説明する模式図である。

以下、図面を参照しながら本発明を実施するための形態について説明する。Ｘ線は本発明に係る放射線に相当し、ＦＰＤは、フラットパネルディテクタの略である。

図１は、本発明に係るＸ線位相差撮影装置１の全体構成を示している。本発明に係るＸ線位相差撮影装置の構成は、図１に示すように、被写体Ｍに向けてＸ線を照射するＸ線源３ａと、被写体Ｍを透過してきたＸ線を検出するＦＰＤ４とを備えている。Ｘ線源３ａは、図１の紙面左側から右側に向けてＸ線を照射する。このとき照射されるＸ線はある程度の広がりを持ったビームとなっている。ＦＰＤ４は、Ｘ線を検出する検出面を備えている。ＦＰＤ４は、後述する位相格子５の自己像または格子の吸収により生じる影を検出する。ＦＰＤ４は本発明の検出器に相当する。Ｘ線源３ａは本発明の放射線源に相当し、ＦＰＤ４は本発明の検出器に相当する。位相格子５は、本発明の格子に相当する。

Ｘ線源３ａとＦＰＤ４の間には、タルボ干渉に関する種々の部品が取り付けられている。Ｘ線源３ａの近傍には、Ｘ線の位相を揃えるマルチスリット３ｂが設けられている。このマルチスリット３ｂは、図２左側に示すようにＸ線を透過させない素材で構成され、縦方向に細長状の貫通孔（スリットＳ）が横方向に配列されている。したがって、マルチスリット３ｂに入射したＸ線の一部はこのスリットＳを通じてマルチスリット３ｂを通過することができる。このマルチスリット３ｂは、後述する位相格子５の自己像を鮮明にする目的で設けられている。Ｘ線源３ａで発生するＸ線は、特定の一点で発生し、そこから放射状に広がってＦＰＤ４に向かうのが理想である。ところが、実際のＸ線源３ａでは、互いに位置の異なる幅広の領域があり、そこからＸ線が発生する。すると、異なる発生位置で生じたＸ線が互いに重なり合って、後述の位相格子５に向かう。位相格子５を通過したＸ線は一点で生じたものではないので、位相格子５の像（後述する自己像）がボケてしまう。

このようなボケを防止するには、Ｘ線源３ａと位相格子５との間にスリットを設けてＸ線を特定の一点で照射される理想の状態に近づけるようにすればよい。ただし、単一のスリットだけでは、Ｘ線の線量が不足し、鮮明な位相格子５の像が得られない。そこで、実施例１の構成によれば、複数のスリットを有するマルチスリット３ｂを備えている。Ｘ線を透過させるスリットを複数用意することでＸ線を照射する光源としてのスリットの個数が増加する。したがって、実施例１によれば、スリットが単一の場合と比べてＸ線線量は増加し、Ｘ線線量は十分となる。

マルチスリット３ｂから生じるＸ線は、互いに位置の異なる複数のスリットＳを透過してきたものであるので、特定の一点で照射されたＸ線ビームではない。しかし、マルチスリット３ｂにおけるスリットＳ同士の間隔を工夫して特定のものにすると、各スリットＳから出射したＸ線ビームに係る位相格子５の像同士がＦＰＤ４上で同じ位相でもって出現し、それらが重なりあって強め合う。こうして、位相格子５の像はボケることなく、かつ十分なＸ線線量で撮影される。

Ｘ線源３ａとＦＰＤ４の間には、マルチスリット３ｂとは別に、位相格子５が設けられている。この位相格子５は、図２右側に示すように縦方向に伸びた線状の位相シフト部が横方向に配列されて構成されている。この位相シフト部は、Ｘ線の位相を変化させる性質がある。したがって、位相格子５にＸ線を透過させると、位相シフト部に入射したＸ線は、そこで位相が変化し、２つの位相シフト部の間に入射したＸ線はそのまま透過する。ＦＰＤ４には、位相格子５のパターンを表した自己像が投影される。この自己像は、単なる位相格子５の投影像ではないことには注意が必要である。自己像は、位相格子５により干渉したＸ線がＦＰＤ４上で発生させた干渉縞なのである。自己像は、ＦＰＤ４により検出される。位相シフト部の伸びる方向は、図１の紙面上下方向に相当する。位相格子５は、Ｘ線を吸収する縦方向に伸びる位相シフト部が横方向に配列されているとともにＸ線を透過させるとタルボ干渉が生じる構成となっている。マルチスリット３ｂにおけるスリットＳの伸びる方向は、位相格子５における位相シフト部の伸びる方向に一致している。位相シフト部は、本発明の構造体に相当する。ＦＰＤ４上における縦横に並んだ検出素子４ｐにとっての縦方向は位相シフト部の伸びる方向に一致している。

位相格子５は、Ｘ線と相互作用する線状の位相シフト部５ａが配列されて構成される。Ｘ線の相互作用とは、Ｘ線の位相を変更する効果をいう。特に位相格子５がＸ線を吸収する効果を追究した構成となっている場合、位相格子と呼ばずに吸収格子と呼ぶことがある。この吸収格子は、図１７で説明する吸収格子６とは異なる概念であるので注意が必要である。

図３左側は、ＦＰＤ４におけるＸ線を検出する検出面を示している。ＦＰＤ４の検出面には、検出素子４ｐが縦横に配列されている。図３右側は、ＦＰＤ４の検出面に位相格子５の自己像が写り込む様子を示している。すなわち、位相格子５が有する互いに隣接する位相シフト部に挟まれた領域が検出面上において明るい帯状の線となって現れる。この帯状の線の伸びる方向は、検出素子４ｐの配列における縦方向に一致している。明るい帯状の線は横方向に配列しており、その配列ピッチをｄ２とする。この配列ピッチｄ２は、検出素子４ｐの配列ピッチの整数倍となっている。このように互いのピッチを揃えるようにすると、検出面上に投影されるので、帯状の線を確実に検出することができる。ＦＰＤ４は、タルボ干渉により生じる位相格子５の自己像を検出するとともにＸ線を検出する検出素子４ｐが縦横に配列されて構成される。なお、図３では、帯状の線は、明線として描いているが、実際の自己像における濃淡の変化は連続的であるので図３のように明部と暗部とが明確に区別できるわけではない。図３のように描画されている理由は、以降の説明の便宜上である。

図４は、マルチスリット３ｂ，位相格子５，ＦＰＤ４の位置関係を示している。マルチスリット３ｂから位相格子５までの距離をＲ１とし、位相格子５からＦＰＤ４の検出面までの距離をＲ２とする。なお、マルチスリット３ｂおよび位相格子５は所定の厚みを有するので、それぞれの位置を定めるには、基準の位置が必要となる。そこで、マルチスリット３ｂの厚さ方向における中心の位置が基準の位置であるということにする。同様に、位相格子５の厚さ方向における中心の位置が基準の位置であることにする。

図４に示すように、マルチスリット３ｂが有するスリットＳの１つからＸ線が放射されたとする。このＸ線は、次第に広がりながら位相格子５に向かう。いま、位相格子５が有する位相シフト部の１つに注目し、この位相シフト部の上側を通過してＦＰＤ４に向かうＸ線のパスと、位相シフト部の下側を通過してＦＰＤ４に向かうＸ線のパスを考える。上側のパスを通ったＸ線は、ＦＰＤ４の検出面に現れる明線上に投影される。下側のパスを通ったＸ線も検出面に現れる明線上に投影されるが、投影される明線が上側のパスに係る明線とは異なる。上側のパスを通ったＸ線は、検出面において上側に現れる明線上に投影され、下側のパスを通ったＸ線は、検出面において下側に現れる明線上に投影される。これら明線は互いに隣接しているから、明線の配列ピッチｄ２だけ離れていることになる。

ここで、位相格子５における上側のパスの通過点の位置と、下側のパスの通過点の位置との間の距離を考える。この距離は、位相シフト部５ａの配列ピッチｄ１に一致する。

マルチスリット３ｂが有するスリットＳの１つからＸ線が放射されたとする。このとき、位相格子５はどの程度拡大されてＦＰＤ４に投影されるかを考える。位相格子５の拡大率は、マルチスリット３ｂ，位相格子５，ＦＰＤ４の位置関係からすると（Ｒ１＋Ｒ２）／Ｒ１に等しいことになる。一方、位相格子５は、位相シフト部５ａの配列ピッチｄ１ぶんの長さは、マルチスリット３ｂのスリットＳを起点に放射状に広がるＸ線ビームによって自己像の明線の配列ピッチｄ２ぶんの長さに拡大されて検出面に写り込むことになる。以上のような事情により、位相格子５の拡大率はｄ２／ｄ１となる。この２つ観点で求めた拡大率は、同じ値となるはずである。従って、次の数式が成り立つことになる。
（Ｒ１＋Ｒ２）／Ｒ１＝ｄ２／ｄ１……（１）

上述の式は、π／２位相格子を想定している数式である。π位相格子の場合は右辺が１／２・ｄ２／ｄ１となる。本発明は、π位相格子についても適用可能であるが、以降の説明は位相格子５がπ／２位相格子であるものとして以下説明する。

続いて、マルチスリット３ｂにおけるスリットＳの配列ピッチをｄ０とする。この配列ピッチｄ０についても同様な数式が導き出せるのでこの点について説明する。いま、マルチスリット３ｂ上において互いに隣り合う２つのスリットＳから放射状にＸ線が照射されたとする。この２つのスリットＳの離間距離は配列ピッチｄ０である。図５においては上側のスリットＳから照射されるＸ線を実線で、下側のスリットＳから照射されるＸ線を点線で示している。

上側のスリットＳから照射されるＸ線は、位相格子５を通過することで明線が等間隔に並んだパターンとなってＦＰＤ４の検出面に到達する。下側のスリットＳから照射されるＸ線も同様に位相格子５を通過することで明線が等間隔に並んだパターンとなってＦＰＤ４の検出面に到達する。位相格子５の自己像が検出面上に現れるには、上側のスリットＳに係るパターンと下側のスリットＳに係るパターンが強め合うように重なり合わなければならない。

位相格子５を構成する２つの位相シフト部５ａに挟まれた位置ｐに注目する。この位置ｐは、マルチスリット３ｂを構成する複数のスリットＳから発せられたＸ線がＦＰＤ４に向かうまでの途中に通過する通過点になっている。図５では、マルチスリット３ｂ上における上側のスリットＳから発せられたＸ線が位置ｐを通過してＦＰＤ４に向かう様子と、下側のスリットＳから発せられたＸ線が位置ｐを通過してＦＰＤ４に向かう様子が示されている。

図６は、図５に示すＸ線のパスのうち位置ｐを通過するものを抜き出して描いている。上側のスリットＳに係るパスと下側のスリットＳに係るパスは位置ｐで交わることになる。位置ｐを中心に考えると、右側と左側に三角形が２つ現れる。位置ｐの左側に現れる三角形は、スリットＳ同士を結ぶ直線、上側のスリットＳと位置ｐとを結ぶ直線、および下側のスリットＳと位置ｐとを結ぶ直線である。一方、位置ｐの右側に現れる三角形は、ＦＰＤ４上に現れる明線同士を結ぶ直線と、位置ｐと上側の明線を結ぶ直線、位置ｐと下側の明線を結ぶ直線である。この２つの三角形は、相似形をしている。２つの三角形の大きさの比は、Ｒ１：Ｒ２となる。そして、スリットＳ同士を結ぶ直線の長さはｄ０であり、ＦＰＤ４上の明線同士を結ぶ長さはｄ２となる。したがって、次の数式が成り立つことになる。
Ｒ１／Ｒ２＝ｄ０／ｄ２……（２）

従って、マルチスリット３ｂ，位相格子５，ＦＰＤ４の位置関係および、マルチスリット３ｂが有するスリットＳの配列ピッチｄ０，位相格子５における位相シフト部５ａの配列ピッチｄ１は、上述の２式を満たす構成でなければならない。また、ＦＰＤ４の検出素子４ｐの配列ピッチｄ３は、位相格子５の自己像の明線の配列ピッチｄ２に基づいて決定されるわけであるから、この配列ピッチｄ３も上の２式に従って決定されなければならないことになる。整数をｎとして配列ピッチｄ２，ｄ３には次のような関係がある（詳細には図３およびこれに関する説明を参照）。
ｄ２＝ｎ・ｄ３

従って図４，図６から求められた２式は、次のように書き換えて表現することができる。
（Ｒ１＋Ｒ２）／Ｒ１＝ｎ・ｄ３／ｄ１
Ｒ１／Ｒ２＝ｄ０／ｎ・ｄ３
この２式は、検出素子４ｐの配列ピッチｄ３の設定もマルチスリット３ｂ，位相格子５，ＦＰＤ４の位置関係および、マルチスリット３ｂが有するスリットＳの配列ピッチｄ０，位相格子５における位相シフト部５ａの配列ピッチｄ１に基づき決定されることを示している。

＜被写体像の拡大について＞
続いて、被写体Ｍの配置により、ＦＰＤ４において自己像の現れ方が異なるのでこの点について説明する。図７は、被写体ＭをＦＰＤ４の近くに置いた場合を示している。マルチスリット３ｂを通過したＸ線は放射状に広がり、被写体Ｍおよび位相格子５を通過してＦＰＤ４に到達することになる。このとき、被写体ＭとＦＰＤ４との距離が短いと、被写体像はあまり拡大されずにＦＰＤ４まで到達することになる。Ｘ線位相差撮影においては、被写体像は、自己像の乱れとして現れるわけであるから、被写体ＭとＦＰＤ４との距離が短いと、周辺部分のみが乱れた自己像が得られることになる。被写体Ｍの全体を確実に観察するには、図７のように被写体ＭをＦＰＤ４に近づけて置くことが望ましい。

図８は、Ｘ線源３ａ，マルチスリット３ｂ，位相格子５，ＦＰＤ４の位置関係を図７の構成と同じにした状態で被写体ＭをＸ線源３ａに近づけた場合を示している。マルチスリット３ｂを通過したＸ線は放射状に広がり、被写体Ｍおよび位相格子５を通過してＦＰＤ４まで到達することになる。このとき、被写体ＭとＦＰＤ４との距離が長いと、被写体像は大きく拡大されてＦＰＤ４まで到達することになる。Ｘ線位相差撮影においては、被写体像は、自己像の乱れとして現れるわけであるから、被写体ＭとＦＰＤ４との距離が長いと、全体が乱れた自己像が得られることになる。被写体Ｍの一部を拡大して観察するには、図８のように被写体ＭをＦＰＤ４から遠ざけて置くことが望ましい。

実は、図７で示したマルチスリット３ｂ，位相格子５，ＦＰＤ４の位置関係は、被写体Ｍを低倍率の拡大率で撮影するときに適切なものとなっており、高倍率の拡大率による撮影には適さない。にもかかわらず図８では、被写体Ｍを高倍率の拡大率で撮影しているにも関わらず各部３ｂ，５，４の位置関係は図７と同じである。したがって、図８は、各部３ｂ，５，４が不適切な配置となっていることになる。各部３ｂ，５，４の配列を適切にするには、点線で示すように、位相格子５をもっと被写体Ｍに近づける必要がある。

位相格子５を被写体Ｍに近づける必要性について説明する。図９左側は、被写体Ｍを載置しない状態で得られる位相格子５の自己像を示している。自己像は、明線がストライプ状に配列して構成される。一方、図９右側は、被写体Ｍを載置した状態で得られる位相格子５の自己像を示している。自己像は、被写体Ｍの影響を受けて部分的に横にずれる。このずれの様子は、図９右側では点線で囲んで示されている。この自己像の乱れは被写体Ｍの内部構造を示している。ということは、被写体Ｍの内部構造を知るには、自己像が大きく乱れたほうが望ましい。自己像の乱れが小さいと、被写体Ｍについての情報が少なくなってしまう。

自己像を大きく乱れさせるには、被写体Ｍと位相格子とを接近させて配置する必要があるのでこの事情について説明する。図１０は、ＦＰＤ４上に現れるある明線について説明している。この明線は、マルチスリット３ｂから発して放射状に広がるＸ線が位相格子５を通過してＦＰＤ４に到達したことによりＦＰＤ４上に現れたものである。マルチスリット３ｂは複数のスリットＳを有するが、このうちの１つに注目すると、スリットＳを通過したＸ線は、図１０に示すパスを通ってＦＰＤ４に到達することになる。Ｘ線のパスとＦＰＤ４とが交わる位置には、明線が現れている。このパスは、位相格子５の位置ａを通過しているものとする。

この明線が被写体Ｍによりどのようにずれるかについて考えてみる。
図１１は、図１０の状態からマルチスリット３ｂと位相格子５との間に被写体Ｍを配置した場合を示している。図１１の場合、Ｘ線は被写体Ｍの影響を受けるので、図１１の点線で示す図１０で説明したパス通りにはＸ線は進まないことになる。それでも、マルチスリット３ｂが有するスリットＳのうち図１０に示したものから出射したＸ線の一部は、位相格子５の位置ａを通過した上でＦＰＤ４に到達する。このようなＸ線は、図１１の実線で示したパスを通って位相格子５を通過したものである。

破線のパスと実線のパスは位相格子５の位置ａを通過する点で同じである。しかし、破線のパスを通過するＸ線と実線のパスを通過するＸ線との間で位相が異なるのでＦＰＤ４上における明線位置がずれる。この明線位置の差異が被写体Ｍの影響による自己像の乱れに相当することになる。

図１２は、図１１の状態から被写体Ｍに対して位相格子５を近づけたときの状態を表している。各部３ｂ，５，４がこの位置関係のまま被写体Ｍがない場合、位相格子５の位置ａを通過するＸ線は、破線で示すパスを通ってＦＰＤ４に到達する。破線が到達したＦＰＤ４上の位置は被写体Ｍなしの状態で明線が現れる位置を示している。次に、被写体Ｍがある場合、位相格子５の位置ａを通過するＸ線は、実線で示すパスを通ってＦＰＤ４に到達する。実線が到達したＦＰＤ４上の位置は被写体Ｍありの状態で明線が現れる位置を示している。破線のパスと実線のパスは位相格子５の位置ａを通過する点で同じである。しかし、入射方向が異なることにより、ＦＰＤ４上における到達位置が変わる。この到達位置の差異が被写体Ｍの影響による自己像の乱れに相当することになる。

図１１と図１２とを比較すると、図１２の場合のほうが図１１の場合と比べて、自己像の明線が大きくずれていることに気がつく。位置ａを通過するＸ線の方向が被写体Ｍのありなしでわずかにしか変わらなかったとしても、その相違が図１２の方がより大きくＦＰＤ４上で現れる。ＦＰＤ４と位相格子５とが離れている分だけ、Ｘ線の進行方向の違いが大きく位相格子５の自己像における明線のズレとして現れたのである。

この様な事情があることから、自己像における被写体Ｍの拡大率を変化させようとして被写体Ｍを移動させた場合、本来ならば、位相格子５も被写体Ｍに追従して移動させた方がよい。しかし、位相格子５における位相シフト部５ａの配列ピッチｄ１，マルチスリット３ｂにおけるスリットＳの配列ピッチｄ０，およびＦＰＤ４における検出素子４ｐの配列ピッチｄ３は固定である。位相格子５を変位させてしまうと、各パラメータが上述した２つの式を満たさなくなってしまい、ＦＰＤ４の検出面に位相格子５の自己像が現れなくなってしまったり、自己像における明線の配列ピッチが変化することでＦＰＤ４によって自己像を検出できなくなったりしてしまう。

＜本発明の最も特徴的な構成＞
本発明は以上のような事情から、低倍率撮影用のモードと高倍率撮影用のモードでマルチスリット３ｂおよび位相格子５の構成を変更するようにしている。
図１３は、低倍率撮影用のモードにおける各部３ｂ，５，４の構成である。この構成によれば、マルチスリット３ｂと位相格子５との距離Ｒ１は、４０ｃｍ，位相格子５とＦＰＤ４の検出面までの距離は１０ｃｍとなっている。この構成は、上述の図７に対応している。図１３の場合、マルチスリット３ｂにおけるスリットＳの配列ピッチｄ０は２０μｍ，位相格子５における位相シフト部の配列ピッチは４μｍ，ＦＰＤ４上に現れる自己像を構成する明線の配列ピッチｄ２は５μｍである。

図１４は、高倍率撮影用のモードにおける各部３ｂ，５，４の構成である。この構成によれば、マルチスリット３ｂと位相格子５との距離Ｒ１は、２５ｃｍ，位相格子５とＦＰＤ４の検出面までの距離は２５ｃｍとなっている。この構成は、上述の図８に対応している。図１４の場合、マルチスリット３ｂにおけるスリットＳの配列ピッチｄ０は５μｍ，位相格子５における位相シフト部の配列ピッチは２．５μｍ，ＦＰＤ４上に現れる自己像を構成する明線の配列ピッチｄ２は５μｍである。

いずれのモードにおいても配列ピッチｄ２は、５μｍで共通である。これはいずれのモードでも同じＦＰＤ４を使用していることを考慮してのことである。ＦＰＤ４の検出面における検出素子４ｐの配列ピッチは自己像の明線の配列ピッチにより決定される。したがって、２つのモードの間で明線の配列ピッチを共通のものとしておけば、いずれのモードでも同じＦＰＤ４を流用することができるのである。

したがって、本発明に係るＸ線位相差撮影装置では、２種類のマルチスリット３ｂと２種類の位相格子５とを有することになる。図１５は、このうち、配列ピッチｄ０が異なる２種類のマルチスリット３ｂ１，３ｂ２が１平面上にスリットＳの配列方向に並べて配列され一体化された構成を示している。このときの２つのマルチスリット３ｂ１，３ｂ２の間でスリットＳの伸びる方向は同じである。図１で説明したマルチスリット切替機構１５は、このマルチスリット３ｂ１，３ｂ２をスリットＳの配列方向にスライドさせることにより、Ｘ線の光路に位置するマルチスリット３ｂ１，３ｂ２を切り替える構成となっている。すなわち、撮影のモードを切り替える際には、マルチスリット切替機構１５が動作してマルチスリット３ｂ１，３ｂ２の切り替えが行われる。マルチスリット切替制御部１６は、マルチスリット切替機構１５を制御する目的で設けられている。マルチスリット切替機構１５は本発明のスリット配列ピッチ変更部に相当する。

実施例１の構成では、マルチスリット切替機構１５は、Ｘ線源３ａからＦＰＤ４に向けて発せられるＸ線が通過する位置におけるマルチスリット３ｂに係るスリットＳの配列ピッチを変更させる。本発明に係るマルチスリット３ｂは、スリットＳの配列ピッチの異なる複数の部分を有しており、マルチスリット切替機構１５がマルチスリット３ｂをＸ線源３ａに対して移動させることでスリットＳの配列ピッチの変更が実現される。

なお、図１５では、２つのマルチスリット３ｂ１，３ｂ２がスリットＳの配列方向に並べられていたが、２つのマルチスリット３ｂ１，３ｂ２をスリットＳの伸びる方向に配列し、マルチスリット３ｂ１，３ｂ２をスリットＳの伸びる方向にスライドさせることによりマルチスリット３ｂ１，３ｂ２の切り替えを実現するようにしてもよい。この場合も２つのマルチスリット３ｂ１，３ｂ２の間でスリットＳの伸びる方向は同じである。

＜位相格子の切り替え＞
図１６は、配列ピッチｄ１が異なる２種類の位相格子５ａ，５ｂが切り替えられる様子を示している。図１で説明した位相格子切替機構１７は、Ｘ線の光路に位置する（Ｘ線源３ａからＦＰＤ４に向けて発せられるＸ線が通過する位置に配置される）位相格子５を切り替える構成となっている。２つの位相格子５ａ，５ｂがＸ線の光路上に現れる位置は互いに異なっている。すなわち、Ｘ線源３ａからみて手前側の位相格子５ａと奥側の位相格子５ｂのそれぞれが設けられており、撮影のモードに合わせて手前側の位相格子５ａまたは奥側の位相格子５ｂがＸ線の光路上に配置されることになる。したがって、２つの位相格子５ａ，５ｂの間で切り替えを行うと、位相格子５からＦＰＤ４までの距離が変化する。これに合わせてマルチスリット３ｂから位相格子５までの距離も変化する。この距離の変化は、マルチスリット３ｂからＦＰＤ４までの光路上における位相格子５の挿入位置が変化することによって実現される。なお、位相格子切替制御部１８は、位相格子切替機構１７を制御する目的で設けられている。位相格子切替機構１７は本発明の格子変更部に相当する。

実施例１の構成では、位相格子切替機構１７は、マルチスリット３ｂからＦＰＤ４に向けて発せられるＸ線が通過する位置における位相格子５に係る位相シフト部５ａの配列ピッチを変更させる。 本発明の位相格子切替機構１７は、スリットＳの配列ピッチが変更されると位相格子５に係る位相シフト部の配列ピッチおよび位相格子５とＦＰＤ４との距離Ｒ２を変更させる。この変更は、位相格子切替機構１７が２つの位相格子５をＸ線源３ａに対して移動させることにより、光路上にあった位相格子５を光路外まで移動させるとともに、光路外があった位相格子５を光路上まで移動させることで実現される。

自己像生成部１１は、ＦＰＤ４が出力するＸ線検出データに基づいて位相格子５の自己像をイメージングした自己像画像を生成する。自己像画像は、位相格子５の縞模様が写り込んだものとなっている。この自己像画像は、透視画像生成部１２に送出される。透視画像生成部１２は、自己像画像上の縞模様の乱れを解釈してＸ線の位相のズレをイメージングした透視画像を生成する。透視画像には、被写体Ｍの場所によって異なるＸ線の位相のズレが可視化されたものとなっており、被写体Ｍの内部構造を示したものとなっている。

各部１１，１２，１６，１８は、ソフトウェアをＣＰＵで実行することで実現される。また、各部として機能するマイコンにより実現するようにしてもよい。

以上のように、本発明によれば、多様な撮影目的に対応することができるＸ線位相差撮影装置を提供することができる。すなわち、本発明の装置は、マルチスリット３ｂに係るスリットＳの配列ピッチと位相格子５に係る位相シフト部５ａの配列ピッチとが変更可能になっている。マルチスリット３ｂ，位相格子５，ＦＰＤ４の位置関係は、マルチスリット３ｂに係るスリットＳの配列ピッチ、位相格子５に係る位相シフト部５ａの配列ピッチ、およびＦＰＤ４に係る検出素子４ｐの配列ピッチで決定されてしまう。

本発明によれば、このうちスリットＳの配列ピッチと位相シフト部５ａの配列ピッチとを変更することにより、マルチスリット３ｂ，位相格子５，ＦＰＤ４の位置関係を変更することができる。この３者の位置関係を変更すれば、ＦＰＤ４に写り込む位相格子５の自己像の拡大率を変更することができる。本発明は、このような構成により多様な撮影目的に対応することができるようになっている。

なお、スリットＳの配列ピッチおよび位相シフト部５ａの配列ピッチを変化させるようにすれば、自己像の拡大率を変更するのに際し、ＦＰＤ４に係る検出素子４ｐの配列ピッチを変化する必要がなくなる。このように構成すれば、同じＦＰＤ４を流用しながら拡大率の変更が可能となる。

本発明は上述の構成に限られず、下記のように変形実施することができる。

（１）本発明は、図１７に示すように、ＦＰＤ４の検出面を覆う吸収格子６と吸収格子６をＦＰＤ４に対して移動させる吸収格子移動機構１３および吸収格子移動機構１３を制御する吸収格子移動制御部１４を備える構成に適用してもよい。本変形例は、縞走査法に関する装置について説明している。吸収格子６は、図１８に示すようにＸ線を吸収する細長状の位相シフト部６ａが自己像の明線の配列ピッチｄ２と同じピッチで配列されて構成される。吸収格子移動機構１３が吸収格子６を移動させるときの方向は、位相シフト部６ａの配列方向である。この構成によれば、ＦＰＤ４の配列ピッチをより広くすることができる。マルチスリット３ｂにおけるスリットＳの伸びる方向は、位相格子５における位相シフト部５ａの伸びる方向に一致しているとともに吸収格子６における位相シフト部６ａの延びる方向にも一致している。

（２）また、本発明は、モアレ一枚撮り法に係る装置にも適用することができる。モアレ１枚撮り法は、吸収格子６における位相シフト部の延びる方向を位相格子５における位相シフト部の伸びる方向に対して傾斜させるとともに吸収格子６をＦＰＤ４に対して移動させない状態で撮影するという方法である。

（３）実施例１では、２種類のマルチスリット３ｂを有する構成であったが、本発明は３種類以上のマルチスリット３ｂを有する構成としてもよい。この場合、マルチスリット切替機構１５は、３種類以上のマルチスリット３ｂのうちの１つをＸ線の光路上に配置するようにマルチスリット３ｂを切り替えることになる。本変形例によれば、スリットＳの配列ピッチが異なる複数のマルチスリット３ｂを備え、マルチスリット切替機構１５が複数のマルチスリット３ｂのうちいずれのマルチスリット３ｂにＸ線を通過させるか切り替えることでスリットＳの配列ピッチの変更が実現される。

（４）実施例１では、２種類のマルチスリット３ｂが一体化した構成となっていたが、本発明はこの構成に限られない。２種類のマルチスリット３ｂを別体として備える構成としてもよい。また、実施例１では、別個の位相格子５を備えた構成となっていたが、本発明はこの構成に限られない。２種類の位相格子５が一体化した構成となっていてもよい。このような構成に係る位相格子切替機構１７は、位相格子５をＸ線の照射方向と直交する方向にスライドさせる機構と位相格子５をＸ線の照射方向に移動させる機構とを備えている。これにより、位相格子切替機構１７は、位相格子５をスライドさせることにより、Ｘ線が通過する区画を変更し、位相格子５を移動させることにより、図１３，図１４で説明した距離Ｒ１，Ｒ２の変更を実現することができる。

（５）実施例１ではマルチスリット３ｂを有する構成となっていたが、本発明はこの構成に限られない。マルチスリット３ｂを有しない構成のＸ線位相差撮影装置にも適用することができる。本変形例に係る装置は、図１９に示すようにＸ線の照射源として基板３ｃを備えている。基板３ｃには、Ｘ線を発生させるターゲットｔが所定の間隔を隔てて配列されている。このターゲットｔは、基板３ｃに埋め込まれた構成となっており、電子が衝突するとＸ線を照射する構成となっている。基板３ｃでＸ線を照射するときは、複数のターゲットｔに同時に電子を衝突させる。すると、ターゲットの各々からはＸ線が放射される。放射されたＸ線は互いに干渉して全体として位相が揃ったビームとなる。

実施例１の構成は、マルチスリット３ｂに備えられている各スリットＳから照射されたＸ線を干渉させることにより位相を揃えている。本変形例においては、基板３ｃがＸ線を照射するターゲットが配列されることによりＸ線の位相を揃える構成となっている。すなわち、Ｘ線の発生部位であるターゲットを配列することがマルチスリット３ｂの代わりである。本変形例の基板３ｃに埋め込まれたターゲットｔの配列ピッチが実施例１に係るマルチスリット３ｂにおけるスリットＳの配列ピッチｄ０に相当している。図１９は、その意味でターゲットｔの配列ピッチをｄ０として表現している。したがって、ターゲットｔの配列ピッチｄ０は、図６で説明した等式を満たす必要がある。

本変形例では、基板３ｃにおいて複数の区画が設けられている。区画の間では、ターゲットｔの配列ピッチｄ０が異なっており、低倍率撮影用のモードと高倍率撮影用のモードで位相格子５の構成を変更するのに合わせてＸ線を発する区画を変更するようにしている。このような基板３ｃの変更は、図２０に示すように基板切替機構１５ａが実行する。基板切替制御部１６ａは、基板切替機構１５ａを制御する構成である。各モードに合わせて基板切替機構１５ａが基板３ｃをスライドさせる様子は、マルチスリット切替機構１５の動作と同様であるから説明を省略する。基板切替機構１５ａは本発明のターゲット配列ピッチ変更部に相当する。なお、複数の区画を備える基板３ｃを設ける代わりに、ターゲットｔの配列ピッチが異なる複数の基板３ｃを備える構成としてもよい。

本発明は、マルチスリット３ｂを有しない構成についても適用することができる。本変形例に係る構成は、マルチスリット３ｂの代わりに複数のターゲットｔを備えている。このターゲットｔの配列ピッチを変更すると、マルチスリット３ｂにおけるスリットＳの配列ピッチを変更するのと同様の効果が得られる。本変形例の基板切替機構１５ａは、この原理に基づいて基板３ｃにおけるＸ線を照射するターゲットｔの配列ピッチｄ０を変更させる構成となっている。基板３ｃの切り替えに合わせて位相格子５が変更される様子は実施例１と同様である。

（６）なお、上述の実施例および変形例は、自己像の拡大率が異なる２つのモードを備えた装置構成について説明していたが、本発明はこの構成に限られない。本発明に係る装置を自己像の拡大率が異なる３つ以上のモードを備えるように構成してもよい。本変形例に係るマルチスリット３ｂは、スリットＳの配列ピッチが異なる区画がモードの各々に応じた数だけあってよいし、スリットＳの配列ピッチが異なる複数のマルチスリット３ｂを備える構成であってもよい。また、基板３ｃ上においてターゲットｔの配列ピッチが異なる複数の区画をモードの各々に応じて備える構成であってもよいし、ターゲットｔの配列ピッチが異なる複数の基板３ｃを備える構成であってよい。

同様に、本変形例においては、位相シフト部の配列ピッチが異なる複数の位相格子５をモードの各々に応じた数だけ備える構成としてよい。この場合、位相格子切替機構１７は、３種類以上の位相格子５のうちの１つをＸ線の光路上の異なる位置に配置するように位相格子５を切り替えることになる。

（７）上述の構成は、位相格子５を用いた装置であったが、本発明はこの構成に限られない。位相格子５に代えて吸収格子５を用いてもよい。この吸収格子５は、Ｘ線を吸収する線状のＸ線吸収部が所定の間隔を設けて配列されている。吸収格子５のＸ線吸収部にＸ線が入射すると、Ｘ線はそこで吸収される。また、Ｘ線は、互いに隣り合うＸ線吸収部の間を通過することができる。このような吸収格子５を用いた装置で、ＦＰＤ４上で縞模様が結像するが、この縞模様は自己像ではなく、吸収格子５の影である。また、ＦＰＤが位相格子の自己像を検出する代わりに、位相格子の吸収により生じる影を検出するようにしてもよい。

３ａ Ｘ線源（放射線源）
３ｂ マルチスリット
４ ＦＰＤ（検出器）
５ 位相格子（格子）
１５ マルチスリット切替機構（スリット配列ピッチ変更部）
１５ａ 基板切替機構（ターゲット配列ピッチ変更部）
１７ 位相格子切替機構（格子変更部）

Claims (7)

1. 放射線を照射する放射線源と、
   前記放射線源から発生した放射線を通過させる複数のスリットが配列されて構成されるマルチスリットと、
   線状の構造体が配列されて構成される格子と、
   前記格子の自己像または前記格子の吸収により生じる影を検出するとともに放射線を検出する検出素子が縦横に配列されて構成される検出器と、
   前記放射線源から発せられる放射線が通過する位置における前記マルチスリットに係るスリットの配列ピッチを変更させるスリット配列ピッチ変更部と、
   前記スリットの配列ピッチが変更されると前記格子に係る前記構造体の配列ピッチおよび前記格子と前記検出器との距離を変更させる格子変更部を備えることを特徴とする放射線位相差撮影装置。
2. 請求項１に記載の放射線位相差撮影装置において、
   前記マルチスリットがスリットの配列ピッチの異なる複数の部分を有しており、
   前記スリット配列ピッチ変更部が前記マルチスリットを前記放射線源に対して移動させることでスリットの配列ピッチの変更を実現することを特徴とする放射線位相差撮影装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の放射線位相差撮影装置において、
   スリットの配列ピッチが異なる複数の前記マルチスリットを備え、
   前記スリット配列ピッチ変更部が複数の前記マルチスリットのうちいずれの前記マルチスリットに放射線を通過させるか切り替えることでスリットの配列ピッチの変更を実現することを特徴とする放射線位相差撮影装置。
4. 請求項１に記載の放射線位相差撮影装置において、
   前記格子が前記構造体の配列ピッチの異なる複数の部分を有しており、
   前記格子変更部が前記格子を前記放射線源に対して移動させることで前記構造体の配列ピッチの変更を実現することを特徴とする放射線位相差撮影装置。
5. 請求項１または請求項２に記載の放射線位相差撮影装置において、
   前記構造体の配列ピッチが異なる複数の前記格子を備え、
   前記格子変更部が複数の前記格子のうちいずれの前記格子に放射線を通過させるか切り替えることで前記構造体の配列ピッチの変更を実現することを特徴とする放射線位相差撮影装置。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の放射線位相差撮影装置において、前記検出器より放射線源側に吸収格子を置き、
   縞走査法、またはモアレ一枚撮り法により位相差のイメージングを行うことを特徴とする放射線位相差撮影装置。
7. 放射線を照射するターゲットが配列されることにより放射線の位相を揃える構成となっている放射線源と、
   線状の構造体が配列されて構成される格子と、
   前記格子の自己像、または前記格子の吸収により生じる影を検出するとともに放射線を検出する検出素子が縦横に配列されて構成される検出器と、
   前記放射線源における放射線を照射するターゲットの配列ピッチを変更させるターゲットピッチ変更部と、
   前記ターゲットの配列ピッチが変更されると前記格子に係る前記構造体の配列ピッチおよび前記格子と前記検出器との距離を変更させる格子変更部を備えることを特徴とする放射線位相差撮影装置。
   

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