WO2009104560A1 - Ｘ線撮像装置、及び、これに用いるｘ線源 - Google Patents

Ｘ線撮像装置、及び、これに用いるｘ線源 Download PDF

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敦 百生
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国立大学法人東京大学
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
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    • G01N23/22—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material
    • G01N23/223—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material by irradiating the sample with X-rays or gamma-rays and by measuring X-ray fluorescence
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2235/00—X-ray tubes
    • H01J2235/08—Targets (anodes) and X-ray converters
    • H01J2235/081—Target material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2235/00—X-ray tubes
    • H01J2235/08—Targets (anodes) and X-ray converters
    • H01J2235/086—Target geometry

Definitions

  • the present invention relates to an X-ray imaging apparatus for observing the internal structure of a subject with high sensitivity using the phase of X-rays and an X-ray source used therefor.
  • X-rays Since X-rays have high penetrating power, they are widely used in medical image diagnosis, non-destructive inspection, security check, etc. as a probe for seeing through the inside of an object.
  • the contrast of an X-ray fluoroscopic image depends on the difference in X-ray attenuation rate, and an object that strongly absorbs X-rays is rendered as an X-ray shadow. X-ray absorption ability becomes stronger as more elements with larger atomic numbers are included. Conversely, it can be pointed out that a substance composed of an element with a small atomic number is difficult to contrast, and this is also a principle defect of an X-ray fluoroscopic image. Therefore, sufficient sensitivity cannot be obtained with respect to biological soft tissue or soft material.
  • the size of the X-ray generation source must be small to some extent. Then, even if it is a compact X-ray source, an existing X-ray source that can be used in this method is substantially a microfocus X-ray source. This does not apply to normal focus X-ray sources.
  • X-rays are generated by irradiating an electron beam 2 onto a minute region of the target 1 as shown in FIG.
  • the power of the X-ray obtained by the microfocus X-ray source is insufficient for application to X-ray imaging.
  • a normal focus X-ray source is used to avoid the problem of insufficient intensity.
  • the configuration of the X-ray Talbot-Lau interferometer is a multi-slit added to the configuration of the X-ray Talbot interferometer. That is, in this technique, an X-ray is generated by irradiating a relatively large area of the target with an electron beam, and the generated X-ray is partially transmitted through a multi slit.
  • a radiation source in which narrow and linear virtual X-ray sources are arranged at a predetermined pitch.
  • such a radiation source having a plurality of micro lines may be referred to as a micro multi-line radiation source in this specification.
  • ⁇ X-rays from each slit in the multi-slit individually operate the downstream X-ray Talbot interferometer.
  • phase information detection based on the principle of the X-ray Talbot interferometer becomes possible.
  • the multi-slit needs to have a sufficient thickness in order to guarantee the function of the portion where X-rays should be blocked. Moreover, the multi-slit needs to have a slit width of about 10 microns at intervals of several tens of microns. For this reason, the multi-slit has a high aspect ratio structure and is difficult to manufacture. Furthermore, since X-rays spread radially from the generation source, an X-ray multi-slit having a high aspect ratio should ideally be a cylindrical surface with the X-ray source as the center of curvature. This also makes it difficult to produce multi-slits. International Publication WO2004 / 058070 U.S. Pat. No. 5,821,629
  • An object of the present invention is to provide an X-ray imaging apparatus capable of omitting the installation of a multi-slit in an X-ray Talbot-Lau interferometer and an X-ray source used therefor.
  • the present invention can be expressed as an invention described in the following items.
  • the X-ray source includes a substrate and a plurality of stripe portions, The plurality of stripe portions are disposed on a surface of the substrate; The plurality of stripe portions are arranged at intervals from each other, Furthermore, the arrangement interval of the plurality of stripe portions is substantially constant, Either one of the substrate or the stripe portion is made of a material that generates a necessary amount of X-rays by irradiation of an excitation beam from the beam source,
  • the excitation beam source is configured to irradiate the surface of the substrate with the excitation beam,
  • the first grating is configured to diffract X-rays generated from the X-ray source,
  • the second grating is configured to diffract the X-ray diffracted by the first grating,
  • the X-ray image detector is configured to detect X-rays
  • the excitation beam is, for example, an electron beam.
  • an X-ray source By irradiating an X-ray source with an electron beam, a necessary amount of X-rays can be generated from either the substrate or the stripe portion. Further, since the stripe portions are formed at a predetermined period, the generated X-ray is virtually equivalent to a micro multiline X-ray. That is, according to the present invention, it is possible to realize a micro multiline source without using a multi slit.
  • the substrate is rotatable about a rotation axis, Furthermore, the surface of the substrate has a shape that is rotationally symmetric with respect to the rotation axis,
  • the “shape that is rotationally symmetric with respect to the rotation axis” is, for example, a cylindrical shape, a truncated cone shape, or a spherical shape, but is not limited thereto.
  • the rotating shaft is, for example, a shaft for supporting the substrate.
  • the rotation axis does not necessarily have to exist, and only needs to be virtually considered as the rotation center. For example, by supporting the periphery of the substrate with a plurality of rotating bodies and rotating these rotating bodies, the substrate can be rotated around a virtual rotation axis.
  • An X-ray source used in an X-ray imaging apparatus includes a substrate and a plurality of stripe portions, The plurality of stripe portions are disposed on a surface of the substrate; The plurality of stripe portions are arranged at intervals from each other, Furthermore, the arrangement interval of the plurality of stripe portions is substantially constant, One of the substrate and the stripe portion is made of a material that generates a necessary amount of X-rays when irradiated with an excitation beam.
  • An X-ray imaging method using the X-ray imaging apparatus comprising the following steps: (1) generating X-rays from the X-ray source by irradiating the surface of the substrate with the excitation beam from the excitation beam source; (2) the first grating diffracts X-rays generated from the target; (3) the second grating diffracts the X-rays diffracted by the first grating; (4) A step in which the X-ray image detector detects X-rays diffracted by the second grating.
  • an X-ray imaging apparatus capable of omitting the installation of a multi-slit in an X-ray Talbot-Lau interferometer and an X-ray source used therefor.
  • This X-ray source 10 (see FIG. 1) is used in an X-ray imaging apparatus.
  • the X-ray source 10 includes a substrate 11 and a plurality of stripe portions 12.
  • the plurality of stripe portions 12 are disposed on the surface of the substrate 11.
  • Each stripe portion 12 extends in a direction perpendicular to the paper surface in FIG. Although only four stripe portions 12 are shown in FIG. 1, it is possible to make the number more than this.
  • the X-ray source 10 refers to an X-ray generation site.
  • components such as a vacuum vessel, a vacuum pump, an X-ray extraction window, a shutter, a high-voltage power supply, a controller, and a water cooling mechanism are required. There are many cases. However, since these components may be the same as those of a general X-ray source device, description thereof is omitted.
  • the plurality of stripe portions 12 are arranged at intervals.
  • the arrangement interval of the plurality of stripe portions 12 is substantially constant. That is, the stripe part 12 is arrange
  • molybdenum is used in this embodiment.
  • other materials can be used as long as they can generate a necessary amount of X-rays by irradiation with an electron beam (excitation beam) 2.
  • stripe portion 12 aluminum is used in this embodiment.
  • a material other than aluminum can be used for the stripe portion 12.
  • Aluminum used for the stripe portion 12 has a wavelength of characteristic X-rays (described later) generated by electron beam irradiation much longer than that of the metal used for the substrate 11. That is, in this embodiment, only the substrate 11 generates a necessary amount of X-rays by irradiation of the excitation beam in a wavelength range necessary for imaging.
  • an existing technique such as a vacuum vapor deposition method or a plating method can be used, and a detailed description thereof will be omitted.
  • the electron beam generated from the excitation beam source (electron source) 20 is irradiated toward the surface of the X-ray source 10. This irradiation is the same as in the prior art.
  • X-rays are generated from the regions of the substrate 11 and the stripe portion 12 with X-ray spectra depending on the respective materials.
  • the X-ray spectrum includes characteristic X-rays having specific energy and continuous X-ray components that are weaker than that but include various energy components (see FIG. 2).
  • a wavelength region including characteristic X-rays from molybdenum is used in, for example, an X-ray imaging apparatus for breast cancer diagnosis.
  • characteristic X-rays from aluminum are not included in the above wavelength range because of their low energy, and most of them are absorbed by air and are not observed.
  • intense X-rays can be obtained only from the portion of the substrate 11 made of molybdenum and exposed on the surface.
  • the surface (i.e., the interval between the stripe portion 12) of the substrate 11 disposed at a predetermined pitch d s it is possible to generate the desired X-ray.
  • the X-ray generation site is arranged at every predetermined pitch d s .
  • the above-described micro multi-line source can be realized.
  • the X-ray source 210 of this embodiment includes a substrate 211 and a plurality of stripe portions 212. Arrangement interval of the plurality of stripe portions 212 are a constant period d s.
  • the substrate 211 aluminum is used in this embodiment, but a material other than aluminum can be used.
  • molybdenum is used as the stripe portion 212.
  • any other material can be used as the stripe portion 212 as long as it can generate a necessary amount of X-rays by irradiation with an electron beam (excitation beam).
  • an electron beam generated from the excitation beam source (electron source) 20 is irradiated toward the surface of the X-ray source 210.
  • X-rays are generated from the regions of the substrate 211 and the stripe portion 212 with an X-ray spectrum depending on the respective materials.
  • X-rays in the wavelength region necessary for imaging are strongly obtained from the stripe portion 212 using molybdenum.
  • the disposed surface of the stripe portion 212 at a predetermined pitch d s it is possible to generate the desired X-ray. Therefore, the X-ray generation sites in this example are also arranged for each predetermined pitch d s .
  • a micro multi-line source can be realized.
  • the X-ray source 310 of this embodiment includes a substrate 311 and a plurality of stripe portions 312.
  • the arrangement interval of the plurality of stripe portions 312 is a constant period d s (see FIG. 4A).
  • molybdenum is used in this embodiment.
  • aluminum is used for the stripe portion 312.
  • the configuration in this respect is the same as in the first embodiment, but the same material as in the second embodiment can be selected.
  • the surface of the substrate 311 is cylindrical.
  • the stripe portion 312 extends substantially in the circumferential direction on the surface of the cylindrical substrate 311.
  • the surface of the substrate 311 is rotatable with respect to the rotation axis (center of curvature of the substrate surface) p of the cylindrical substrate 311 (see FIG. 4B).
  • the surface of the substrate 311 has a rotationally symmetric shape with respect to the rotation axis of the substrate 311. Further, the stripe portion 312 extends on the surface of the substrate 311 in a direction substantially along the rotation direction of the substrate 311.
  • X-rays are generated from the regions of the substrate 311 and the stripe portion 312 with X-ray spectra depending on the respective materials. Therefore, in this embodiment, strong X-rays can be obtained only from the substrate 311 made of molybdenum (that is, the interval between the stripe portions 312). If the same material as in the second embodiment is used, strong X-rays can be obtained only from the stripe portion 312.
  • a micro multi-line source can be realized.
  • the cylindrical substrate 311 can be used while being rotated in the circumferential direction.
  • the heat load applied to the substrate 311 by the excitation beam 2 can be diffused, that is, the intensity of the X-ray generated by increasing the intensity of the excitation beam can be increased.
  • the rotational symmetry axis of the stripe portion 312 that wraps around the surface of the substrate 311 substantially coincides with the rotational axis of the substrate 311. That is, the X-ray generation position is not substantially changed by rotation.
  • the X-ray imaging apparatus includes an X-ray source 10 according to the first embodiment, an excitation beam source 20 (see FIG. 1), a first grating 30, a second grating 40, And an X-ray image detector 50.
  • the X-ray source 10 generates X-rays 3 by the excitation beam (electron beam) 2 irradiated on the surface of the substrate 11 from the excitation beam source 20.
  • the X-ray source 10 is arranged so that the projection from the stripe portion 12 to the surface of the first grating 30 is substantially parallel to the grating member constituting the first grating 30.
  • the first grating 30 is configured to diffract the X-ray 3 generated from the X-ray source.
  • the second grating 40 is configured to further diffract the X-ray 3 diffracted by the first grating 30.
  • the X-ray image detector 50 is configured to detect X-rays diffracted by the second grating 40.
  • the second grating 40 is configured to generate a moire pattern by X-rays diffracted by the second grating 40.
  • the X-ray imaging apparatus (the portion constituted by the first grating 30, the second grating 40, and the X-ray image detector 50) in the present embodiment has a known configuration (for example, the one described in Patent Document 1). Since this is possible, further detailed explanation is omitted.
  • the first grating 30 is arranged at a predetermined distance R 1 from the X-ray source 10. Further at a distance R 2 from the first grating 30, disposing the second grating 40.
  • the subject (test object) 60 is generally placed immediately before the first lattice 30. However, in principle, the subject 60 may be provided between the X-ray source 10 and the second grating 40.
  • the image detector 50 is installed immediately behind the second grating 40.
  • the relationship between the pitches d 1 and d 2 of the first and second gratings 30 and 40 and R 1 and R 2 is It is.
  • m is a half integer when the first grating 30 is a phase grating, and is an integer when the first grating 30 is an absorption grating.
  • the configuration example is a Talbot interferometer.
  • the period d m can be said to be an “apparent period” in a linear X-ray.
  • the period d s of the stripe portion 12 the relationship between the period d m of the micro multi-line ray source, will be described with reference to FIG. Both depend on the X-ray extraction direction Satisfy the relationship.
  • the central axis l in the direction of extracting X-rays is assumed to be parallel to the paper surface of FIG. 6, and ⁇ is an angle formed by the central axis 1 in the direction of extracting X-rays and the surface of the substrate 11.
  • a method of increasing the effective X-ray luminance by selecting a small X-ray extraction direction angle ⁇ is known.
  • the pattern of the stripe portion 12 may be formed larger by 1 / sin ⁇ times.
  • FIG. 5A is an explanatory diagram for explaining a schematic configuration of an X-ray source according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 2B is an explanatory diagram for explaining the rotation axis of the substrate.
  • Electron beam 10 210, 310 X-ray source 11, 211, 311 Substrate 12, 211, 311 Stripe part 20
  • Excitation beam source (electron source) 30
  • First grating 40
  • Second grating 50
  • Subject 70
  • X-ray extraction window l Center axis in the direction of extracting X-rays p

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Abstract

　Ｘ線タルボ・ロー干渉計による高感度Ｘ線撮像法において、マルチスリットの設置を省略できるＸ線源及びそれを用いたＸ線撮像装置を提供する。Ｘ線源１０は、基板１１と、複数のストライプ部１２とを備える。複数のストライプ部１２は、基板１１の表面上に配置されている。かつ、複数のストライプ部１２は、互いに間隔を置いて配置されている。さらに、複数のストライプ部の配置間隔ｄｓは、ほぼ一定とされている。基板１１又はストライプ部１２のうちのいずれか一方は、励起ビームの照射によって必要量のＸ線を発生する金属とされている。  

Description

Ｘ線撮像装置、及び、これに用いるＸ線源
　本発明は、Ｘ線の位相を利用して被写体の内部構造を高感度で観察するためのＸ線撮像装置及びこれに用いるＸ線源に関するものである。
　Ｘ線は透過力が高いゆえに、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、生体軟部組織やソフトマテリアルなどに対しては、十分な感度を得ることができない。
　一方、Ｘ線の位相情報を利用すれば、一般的な従来のＸ線透視画像に比べて最高で約３桁の高感度化が実現することが知られている。Ｘ線をあまり吸収しない軽元素からなる物質（生体軟組織や有機材料など）の観察に適用できることから、その実用が期待される。
　このＸ線位相情報を利用した高感度撮像法の研究は、１５年ほど前から興った分野であるが、通常は高度なＸ線源が必要となるために、現実的にはその実用は進んでいない。すなわち、単色平面波のＸ線を使うＸ線光学系がその主流としてこれまで研究されてきており、それゆえに極めて高い輝度のＸ線源の使用を前提としている。
　単色平面波を得るためには、もともと得られるＸ線から、特定の方向に進む特定のスペクトル成分のみを選別する必要がある。そのため、撮像に必要な強度を確保するためには、選別によるロスを補えるだけの十分な明るさが元のＸ線に求められる。そのような光学素子としてシリコンなどの単結晶が使われるが、同時に巨大なシンクロトロン放射光施設の利用を実質的に前提とせざるを得ず、実用を検討する場合には大きな障害になっている。
　広いバンド幅のコーンビームで機能する位相利用撮像法が実現すれば、シンクロトロン放射光以外のコンパクトＸ線源を用いた装置化が期待できる。そのような撮像法の候補として、Ｘ線タルボ干渉計によるＸ線位相撮像法が期待されている（下記特許文献１及び２参照）。この方法では、単結晶ではなくＸ線格子を使うため、多色の発散ビームＸ線を利用した撮像が可能である。
　ただし、位相利用撮像法では、ある程度の空間的可干渉性がＸ線に求められる。そのためには、Ｘ線発生源のサイズがある程度小さくなくてはならない。すると、コンパクトなＸ線源といっても、この方法で使用できる既存のＸ線源は、実質的にマイクロフォーカスＸ線源ということになってくる。通常フォーカスのＸ線源はこれに該当しない。
　マイクロフォーカスＸ線源では、図８のようにターゲット１における微少領域に電子線２を照射することによって、Ｘ線を発生させている。しかしながら、長い露光時間が許されるケースを除いて、マイクロフォーカスＸ線源で得られるＸ線のパワーは、Ｘ線撮像に適用するには不十分であるという問題がある。
　従来のＸ線タルボ・ロー干渉計では、通常フォーカスのＸ線源を用いて強度不足の問題を回避している。Ｘ線タルボ・ロー干渉計の構成は、Ｘ線タルボ干渉計の構成にマルチスリットが加わったものとされる。すなわち、この技術では、ターゲットにおける比較的に広い面積に対して電子線を照射してＸ線を発生させ、発生したＸ線をマルチスリットで部分的に透過させる。これにより、細幅でかつ線状の仮想的Ｘ線源が所定ピッチで配置された線源を実現することができる。なお、このような、複数のマイクロラインを持つ線源を、本明細書においては、マイクロマルチライン線源と称することがある。
　マルチスリットにおける各々のスリットからのＸ線は、個別に下流のＸ線タルボ干渉計を動作させる。それぞれのスリットからのＸ線により生成されるモアレ縞が１周期ずれて重なるようにマルチスリットの間隔を決めておくことにより、Ｘ線タルボ干渉計の原理による位相情報検出が可能となる。
　しかし、マルチスリットは、Ｘ線を遮断すべき部分の機能を保証するために、十分な厚さを持つ必要がある。しかも、マルチスリットは、数十ミクロンの間隔で十ミクロン程度のスリット幅を持つ必要がある。このため、マルチスリットは、アスペクト比の高い構造となってしまい、作製が難しいという問題がある。さらに、Ｘ線は、発生源から放射状に広がるので、高いアスペクト比を持つＸ線マルチスリットは、理想的には、Ｘ線源を曲率中心とした円筒面である必要がある。このことも、マルチスリットの作製を難しくしている。
国際公開ＷＯ２００４／０５８０７０号公報 米国特許第５８１２６２９号公報
　本発明は、前記した事情に鑑みてなされたものである。本発明の目的は、Ｘ線タルボ・ロー干渉計による高感度Ｘ線撮像法において、マルチスリットの設置を省略できるＸ線撮像装置及びこれに用いるＸ線源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）
　Ｘ線源と、励起ビーム源と、第一格子と、第二格子と、Ｘ線画像検出器とを備えており、
　前記Ｘ線源は、基板と、複数のストライプ部とを備えており、
　前記複数のストライプ部は、前記基板の表面上に配置されており、
　かつ、前記複数のストライプ部は、互いに間隔を置いて配置されており、
　さらに、前記複数のストライプ部の配置間隔は、ほぼ一定とされており、
　前記基板又は前記ストライプ部のうちのいずれか一方は、前記ビーム源からの励起ビームの照射によって必要量のＸ線を発生する材質とされており、
　前記励起ビーム源は、前記基板の表面へ前記励起ビームを照射する構成となっており、
　前記第一格子は、前記Ｘ線源から発生したＸ線を回折する構成となっており、
　前記第二格子は、前記第一格子で回折したＸ線を回折する構成となっており、
　前記Ｘ線画像検出器は、前記第二格子で回折したＸ線を検出する構成となっている
ことを特徴とするＸ線撮像装置。
　ここで、励起ビームとは、例えば電子線である。電子線をＸ線源に照射することにより、基板又はストライプ部のいずれか一方から、必要量のＸ線を発生させることができる。また、ストライプ部を所定の周期で形成したので、発生したＸ線は、仮想的には、マイクロマルチラインＸ線と等価になる。すなわち、この発明により、マルチスリットを用いないで、マイクロマルチライン線源を実現することが可能になる。
　（項目２）
　前記基板は、回転軸を中心として回転可能とされており、
　さらに、前記基板の表面は、前記回転軸に対して回転対称となる形状とされており、
　前記ストライプ部は、前記基板の表面上において、前記基板の回転方向にほぼ沿う方向に延長されている
ことを特徴とする項目１に記載のＸ線撮像装置。
　この発明において、「回転軸に対して回転対称となる形状」とは、例えば、円筒形状、円錐台形状、球状であるが、これらには制約されない。このような回転対称の形状とすることにより、基板を回転させても、Ｘ線が発生する部位と、その下流側の格子との位置関係は、相対的に静止することになる。また、ここで、回転軸とは、例えば、基板を支持するためのシャフトである。ただし、回転軸は、必ずしも実在する必要はなく、仮想的に回転中心として観念できればよい。例えば、基板の周囲を複数の回転体で支持し、これらの回転体を回転させることにより、仮想的な回転軸を中心として基板を回転させることができる。
　（項目３）
　前記複数のストライプ部前記第一格子の表面上への射影が、前記第一格子を構成する格子部材とほぼ平行となるように配置された
ことを特徴とする項目１又は２に記載のＸ線撮像装置。
　（項目４）
　Ｘ線撮像装置に用いられるＸ線源であって、
　前記Ｘ線源は、基板と、複数のストライプ部とを備えており、
　前記複数のストライプ部は、前記基板の表面上に配置されており、
　かつ、前記複数のストライプ部は、互いに間隔を置いて配置されており、
　さらに、前記複数のストライプ部の配置間隔は、ほぼ一定とされており、
　前記基板又は前記ストライプ部のうちのいずれか一方は、励起ビームの照射によって必要量のＸ線を発生する材質とされている
ことを特徴とするＸ線源。
　（項目５）
　項目１～３のいずれか１項に記載したＸ線撮像装置を用いたＸ線撮像方法であって、以下のステップを含む：
（１）前記励起ビーム源から前記基板の表面へ励起ビームを照射することによって、前記Ｘ線源からＸ線を発生させるステップ；
（２）前記第一格子が、前記ターゲットから発生したＸ線を回折するステップ；
（３）前記第二格子が、前記第一格子で回折したＸ線を回折するステップ、
（４）前記Ｘ線画像検出器が、前記第二格子で回折したＸ線を検出するステップ。
　本発明によれば、Ｘ線タルボ・ロー干渉計による高感度Ｘ線撮像法において、マルチスリットの設置を省略できるＸ線撮像装置及びこれに用いるＸ線源を提供することができる。
　（第１実施形態におけるＸ線源の構成）
　まず、第１実施形態に係るＸ線源の構成を説明する。このＸ線源１０（図１参照）は、Ｘ線撮像装置に用いられるものである。
　Ｘ線源１０は、基板１１と、複数のストライプ部１２とを備えている。複数のストライプ部１２は、基板１１の表面上に配置されている。各々のストライプ部１２は、図１において紙面に垂直な方向に伸びている。なお、図１においては、４本のストライプ部１２のみを示しているが、これ以上の本数とすることは可能である。なお、この明細書においては、Ｘ線源１０とはＸ線発生部位を指しているものである。このＸ線発生部位を用いて一般的なＸ線源装置を構成する場合には、真空容器、真空ポンプ、Ｘ線取り出し窓、シャッター、高圧電源、コントローラー、水冷機構などの構成要素が必要になることが多い。しかしながら、これらの構成要素については、一般的なＸ線源装置と同一でよいので記載を省略する。
　複数のストライプ部１２は、互いに間隔を置いて配置されている。複数のストライプ部１２の配置間隔は、ほぼ一定とされている。つまりストライプ部１２は、一定の周期ｄｓで配置されている。
　基板１１としては、この実施形態では、モリブデンが用いられている。しかし、基板１１としては、電子線（励起ビーム）２の照射により必要量のＸ線を発生できるものであれば、他の材料を用いることができる。
　ストライプ部１２としては、この実施形態では、アルミニウムが用いられている。ストライプ部１２としては、アルミニウム以外の材料を用いることが可能である。
　ストライプ部１２に用いられるアルミニウムは、電子線の照射により発生する特性Ｘ線（後述）の波長が、基板１１に用いられた金属の特性Ｘ線よりはるかに長い。つまり、この実施形態では、撮像に必要な波長域において、基板１１のみが、励起ビームの照射によって必要量のＸ線を発生する。
　基板１１の表面にストライプ部１２を形成する技術としては、真空蒸着法やめっき法など、既存の技術を用いることが可能なので、これについての詳しい説明は省略する。
　（第１実施形態におけるＸ線源の動作）
　本実施形態に係るＸ線源の動作を以下に説明する。まず、励起ビーム源（電子源）２０から発生した電子線を、Ｘ線源１０の表面に向けて照射する。この照射は従来の技術と同様である。
　すると、基板１１及びストライプ部１２の領域から、それぞれの材質に依存したＸ線スペクトルで、Ｘ線が発生する。Ｘ線スペクトルには、特定のエネルギーを持つ特性Ｘ線とそれよりも弱いが様々なエネルギー成分を含む連続Ｘ線の成分がある（図２参照）。モリブデンからの特性Ｘ線を含む波長領域は、例えば、乳癌診断用のＸ線撮像装置で使われる。一方、アルミニウムからの特性Ｘ線は低エネルギーであるため上記の波長域には含まれず、且つ、そのほとんどは空気で吸収され、観測されない。また、連続Ｘ線の全強度も物質の原子番号の自乗にほぼ比例するので、アルミニウムからの連続Ｘ線はかなり弱い。したがって、図２に示すように、材料の差異により、発生するＸ線強度が大幅に変わる。加えて、ストライプ部１２に照射される電子ビームは全てストライプ部１２に吸収されて基板１１に至ることが無い。すなわちストライプ部１２の下面に面する位置では、基板１１からのＸ線発生は無い。
　以上説明したように、モリブデンで構成された基板１１であって、かつ、表面に露出されている部分からのみ、強いＸ線が得られることになる。
　本実施形態では、所定のピッチｄｓで配置された基板１１の表面（すなわちストライプ部１２どうしの間隔）から、所望のＸ線を発生させることができる。このとき、Ｘ線の発生部位は、所定のピッチｄｓ毎に配置されていることになる。
　このため、本実施形態のＸ線源１０によれば、先に説明したマイクロマルチライン線源を実現することができる。
　しかも、本実施形態のＸ線源１０では、従来と異なり、マイクロマルチライン線源を実現するためにマルチスリットを用いる必要がない。このため、マルチスリットの作製を省略することができ、装置の小型化や低コスト化に寄与するという利点がある。
　（第２実施形態のＸ線源）
　つぎに、本発明の第２実施形態に係るＸ線源２１０を、図３に基づいて説明する。この第２実施形態の説明においては、第１実施形態と同様の構成については、同一の符号を用いることにより、説明を簡略化する。
　この実施形態のＸ線源２１０は、第１実施形態のＸ線源１０と同様に、基板２１１と、複数のストライプ部２１２とを備えている。複数のストライプ部２１２の配置間隔は、一定の周期ｄｓとされている。
　基板２１１としては、この実施形態では、アルミニウムが用いられているが、アルミニウム以外の材料を用いることが可能である。また、ストライプ部２１２としては、この実施形態では、モリブデンが用いられている。しかし、ストライプ部２１２としては、電子線（励起ビーム）の照射により必要量のＸ線を発生できるものであれば、他の材料を用いることができる。
　（第２実施形態におけるＸ線源の動作）
　本実施形態に係るＸ線源の動作を以下に説明する。まず、励起ビーム源（電子源）２０から発生した電子線を、Ｘ線源２１０の表面に向けて照射する。
　すると、基板２１１及びストライプ部２１２の領域から、それぞれの材質に依存したＸ線スペクトルで、Ｘ線が発生する。既に第１実施形態において説明したように、撮影に必要な波長域のＸ線がモリブデンを用いたストライプ部２１２から強く得られる。
　本実施形態では、所定のピッチｄｓで配置されたストライプ部２１２の表面から、所望のＸ線を発生させることができる。したがって、この例におけるＸ線の発生部位も、所定のピッチｄｓ毎に配置されていることになる。
　このため、本実施形態のＸ線源２１０によれば、マイクロマルチライン線源を実現することができる。
　本実施形態のＸ線源２１０における他の構成及び利点は、前記した第１実施形態と基本的に同様なので、これ以上詳細な説明は省略する。
　（第３実施形態のＸ線源）
　つぎに、本発明の第３実施形態に係るＸ線源３１０を、図４に基づいて説明する。この第３実施形態の説明においては、第１実施形態と同様の構成については、同一の符号を用いることにより、説明を簡略化する。
　この実施形態のＸ線源３１０は、第１実施形態のＸ線源１０と同様に、基板３１１と、複数のストライプ部３１２とを備えている。複数のストライプ部３１２の配置間隔は、一定の周期ｄｓとされている（図４（ａ）参照）。
　基板３１１としては、この実施形態では、モリブデンが用いられている。また、ストライプ部３１２としては、この実施形態では、アルミニウムが用いられている。この点の構成は第１実施形態と同様であるが、第２実施形態と同様の材料を選択することもできる。
　さらに、第３実施形態では、基板３１１の表面が円筒面状とされている。そして、ストライプ部３１２は、円筒面状の基板３１１の表面上において、ほぼその周方向に延長されている。
　また、基板３１１の表面は、円筒形状の基板３１１の回転軸（基板表面の曲率中心）ｐに対して回転可能とされている（図４（ｂ）参照）。
　本実施形態では、前記した構成を採用したことにより、基板３１１の表面が、基板３１１の回転軸に対して回転対称な形状になっている。さらに、ストライプ部３１２は、基板３１１の表面上において、基板３１１の回転方向にほぼ沿う方向に延長されたものとなっている。
　（第３実施形態におけるＸ線源の動作）
　本実施形態に係るＸ線源の動作を以下に説明する。まず、励起ビーム源（電子源）２０から発生した電子線２を、Ｘ線源３１０の表面に向けて照射する。
　すると、基板３１１及びストライプ部３１２の領域から、それぞれの材質に依存したＸ線スペクトルで、Ｘ線が発生する。したがって、本実施形態では、モリブデンで構成された基板３１１（すなわちストライプ部３１２の間の間隔）からのみ強いＸ線が得られることになる。第２実施形態と同様の材料とすれば、ストライプ部３１２からのみ強いＸ線を得ることもできる。
　このようにして、本実施形態のＸ線源３１０によれば、マイクロマルチライン線源を実現することができる。
　また、第３実施形態のＸ線源では、円筒状の基板３１１を、その周方向に回転させながら使用することができる。回転させることにより、励起ビーム２が基板３１１に与える熱負荷を拡散させることができ、すなわち励起ビームの強度を増して発生するＸ線の強度を増加させることができるという利点がある。なお、基板３１１の表面を巻くストライプ部３１２の回転対称軸は、基板３１１の回転軸とほぼ一致させる。すなわち、回転によってＸ線発生位置がほぼ変動しないようにしている。
　本実施形態のＸ線源３１０における他の構成及び利点は、前記した第１実施形態と基本的に同様なので、これ以上詳細な説明は省略する。
　（第４実施形態：Ｘ線撮像装置）
　次に、第４実施形態として、前記したいずれかの実施形態に係るＸ線源を用いたＸ線撮像装置を説明する。以下においては、第１実施形態で説明したＸ線源１０の使用を前提とするが、他の形態のＸ線源を使用することもできる。
　図５に示されるように、このＸ線撮像装置は、第１実施形態に係るＸ線源１０と、励起ビーム源２０（図１参照）と、第一格子３０と、第二格子４０と、Ｘ線画像検出器５０とを備えている。
　Ｘ線源１０は、励起ビーム源２０から基板１１の表面へ照射された励起ビーム（電子線）２によって、Ｘ線３を発生するものである。
　このとき、ストライプ部１２から第一格子３０の表面への射影が、第一格子３０を構成する格子部材にほぼ平行になるように、Ｘ線源１０を配置する。
　第一格子３０は、Ｘ線源から発生したＸ線３を回折する構成となっている。第二格子４０は、第一格子３０で回折したＸ線３をさらに回折する構成となっている。Ｘ線画像検出器５０は、第二格子４０で回折したＸ線を検出する構成となっている。また、第二格子４０は、この第二格子４０を回折したＸ線によってモアレパターンを発生できる構成となっている。
　本実施形態におけるＸ線撮像装置（第一格子３０、第二格子４０およびＸ線画像検出器５０で構成される部分）は、既に知られた構成（例えば特許文献１に記載のもの）とすることができるので、これ以上詳しい説明は省略する。
　なお、前記したＸ線撮像装置を用いた位相情報の定量計測も可能であり、それに基づく位相トモグラフィによる立体像の生成を行うことができる。これについては前記特許文献１に記載されているので詳細な説明は省略する。
　（実施例）
　以下、Ｘ線撮像装置の詳しい実施例を説明する（図５及び図６参照）。第１格子３０は、Ｘ線源１０から所定の距離R１だけ隔てて配置される。第１格子３０からさらに距離R2を隔てて、第２格子４０を配置する。被写体（被試験体）６０は、第１格子３０の直前に置くのが一般的である。しかし、原理的には、Ｘ線源１０と第２格子４０との間に被写体６０があればよい。画像検出器５０は第２格子４０のすぐ背後に設置する。
　第１・第２格子３０・４０のピッチd1、d2とR1, R2との関係は、
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000002
である。mは、第１格子３０が位相格子である場合は半整数、吸収格子である場合は整数である。ただし、実際のR2は、この条件で与えられる値に対して数％の誤差で近ければ問題ない。ここまではタルボ干渉計としての構成例である。
　図５の構成例におけるＸ線源１０によるマイクロマルチライン線源としてのラインの周期dmは、
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000003
を満たしていればよい。nは正の整数である。ここで、周期dmは、ライン状のＸ線における「見かけの周期」と言うことができる。
　さらに、ストライプ部１２の周期ｄｓと、マイクロマルチライン線源の周期dmとの関係を、図６を参照しながら説明する。両者は、Ｘ線の取り出し方向に依存して
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000004
の関係を満たす。ここで、Ｘ線を取り出す方向の中心軸ｌは、図６の紙面に平行であるとし、θは、Ｘ線を取り出す方向の中心軸ｌと基板１１の表面とが成す角度である。従来の技術では、Ｘ線の取り出し方向角θを小さく選ぶことにより、実効的なＸ線の輝度を増す方法が知られている。ここで、本実施形態によれば、ストライプ部１２のパターンを1/sinθ倍だけ大きく形成してもよいことになる。したがって、本実施形態によれば、ストライプ部１２を形成する際の寸法精度の要求が軽減されるという利点もある。
　（変形例）
　なお、Ｘ線を取り出す方向は、図６において紙面に平行である必要はない。この例を図７を参照しながら説明する。この場合は、前記した式（４）を拡張して、下記の式（５）により、ストライプ部１２の周期ｄｓと、マイクロマルチライン線源の周期dmとの関係を記述できる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000005
　ここで、θおよびφは、基板１１ならびにストライプ部１２に対するＸ線を取り出す方向の中心軸ｌの方位角である（図７参照）。ここで、φ＝π/2とすれば、この変形例は、式（４）で表される状況に相当する。また、φ＝０とすれば、ｄｍ＝ｄｓとすることができる。
　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。
本発明の第１実施形態に係るＸ線源の概略的な構成を説明するための説明図である。 モリブデンとアルミニウムに電子線を照射することにより発生するＸ線の波長と強度との関係を示すグラフである。 本発明の第２実施形態に係るＸ線源の概略的な構成を説明するための説明図である。 図（ａ）は、本発明の第３実施形態に係るＸ線源の概略的な構成を説明するための説明図である。図（ｂ）は、基板の回転軸を説明するための説明図である。 本発明の第４実施形態に係るＸ線撮像装置の概略的な構成を説明するための説明図である。 本発明の一実施例におけるＸ線源を説明するための説明図である。 本発明の変形例におけるＸ線源を説明するための説明図である。 従来のマイクロフォーカスＸ線源を説明するための説明図である。
符号の説明
　２　電子線
　１０・２１０・３１０　Ｘ線源
　１１・２１１・３１１　基板
　１２・２１１・３１１　ストライプ部
　２０　励起ビーム源（電子源）
　３０　第１格子
　４０　第２格子
　５０　Ｘ線画像検出器
　６０　被写体
　７０　Ｘ線取り出し窓
　ｌ　Ｘ線を取り出す方向の中心軸
　ｐ　基板の回転軸
　ｄｓ　ストライプ部のピッチ
 

Claims (5)

  1. 　Ｘ線源と、励起ビーム源と、第一格子と、第二格子と、Ｘ線画像検出器とを備えており、
    　前記Ｘ線源は、基板と、複数のストライプ部とを備えており、
    　前記複数のストライプ部は、前記基板の表面上に配置されており、
    　かつ、前記複数のストライプ部は、互いに間隔を置いて配置されており、
    　さらに、前記複数のストライプ部の配置間隔は、ほぼ一定とされており、
    　前記基板又は前記ストライプ部のうちのいずれか一方は、前記励起ビーム源からの励起ビームの照射によって必要量のＸ線を発生する材質とされており、
    　前記励起ビーム源は、前記基板の表面へ前記励起ビームを照射する構成となっており、
    　前記第一格子は、前記Ｘ線源から発生したＸ線を回折する構成となっており、
    　前記第二格子は、前記第一格子で回折したＸ線を回折する構成となっており、
    　前記Ｘ線画像検出器は、前記第二格子で回折したＸ線を検出する構成となっている
    ことを特徴とするＸ線撮像装置。
  2. 　前記基板は、回転軸を中心として回転可能とされており、
    　さらに、前記基板の表面は、前記回転軸に対して回転対称となる形状とされており、
    　前記ストライプ部は、前記基板の表面上において、前記基板の回転方向にほぼ沿う方向に延長されている
    ことを特徴とする請求項１に記載のＸ線撮像装置。
  3. 　前記複数のストライプ部から前記第一格子の表面上への射影が、前記第一格子を構成する格子部材とほぼ平行となるように配置された
    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。
  4. 　Ｘ線撮像装置に用いられるＸ線源であって、
    　前記Ｘ線源は、基板と、複数のストライプ部とを備えており、
    　前記複数のストライプ部は、前記基板の表面上に配置されており、
    　かつ、前記複数のストライプ部は、互いに間隔を置いて配置されており、
    　さらに、前記複数のストライプ部の配置間隔は、ほぼ一定とされており、
    　前記基板又は前記ストライプ部のうちのいずれか一方は、励起ビームの照射によって必要量のＸ線を発生する材質とされている
    ことを特徴とするＸ線源。
  5. 　請求項１～３のいずれか１項に記載したＸ線撮像装置を用いたＸ線撮像方法であって、以下のステップを含む：
    （１）前記励起ビーム源から前記基板の表面へ励起ビームを照射することによって、前記Ｘ線源からＸ線を発生させるステップ；
    （２）前記第一格子が、前記ターゲットから発生したＸ線を回折するステップ；
    （３）前記第二格子が、前記第一格子で回折したＸ線を回折するステップ、
    （４）前記Ｘ線画像検出器が、前記第二格子で回折したＸ線を検出するステップ。
     
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