WO2013151342A1 - 방사선 위상차 영상 장치 - Google Patents

방사선 위상차 영상 장치 Download PDF

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WO2013151342A1
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radiation
light source
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image
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PCT/KR2013/002795
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최재호
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단국대학교 산학협력단
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00—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
    • G01N23/02—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 transmitting the radiation through the material
    • G01N23/04—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 transmitting the radiation through the material and forming images of the material
    • G01N23/05—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 transmitting the radiation through the material and forming images of the material using neutrons

Definitions

  • the present invention relates to a radiation phase difference imaging technique, and more particularly, to a radiation phase difference imaging apparatus and an acquisition method for acquiring a phase difference image using X-rays and neutron beams as light sources.
  • the light source used in the apparatus for obtaining a phase difference image should have good coherence.
  • a light source grid is mounted to improve coherence of the light source.
  • the light source is X-rays
  • an X-ray lattice interferometer is used, and two gratings are provided with a distance of 1 m or more between the X-ray light source and the beam splitting grating so as to satisfy the coherence condition of the light source.
  • the light source is radiated X-rays by an electron beam accelerator, even if the number of photons of the X-rays is sufficient to pass through a distance of 1 m or more in the air and the luminance decreases due to scattering by air, the X-ray luminance maintains sufficient luminance to acquire a phase image.
  • the neutron lattice interferometer which has been recently developed as a neutron beam retardation imaging apparatus, is provided with a light source lattice in front of the light source to satisfy the requirements required by the interferometer system to obtain neutron beam retardation images.
  • the core elements of the neutron lattice interferometer device include a light source grating for improving the coherence of the neutron beam, a beam splitting grating for separating the phase of the neutron beam passing through the light grating, and a neutron that is irradiated and irradiated to the sample after the phase is separated.
  • a launch grating type is commonly used as the phase grating and the analysis grating.
  • the silicon grating 1 is formed by etching the grating.
  • the lattice bone is formed by filling gadolinium (Gd), a neutron absorbing material (2).
  • the silicon substrate 1 is etched in the form of a launch lattice, and the grooves between the lattice and the lattice are filled with gold (Au) for the X-ray lattice interferometer and gadolinium (Gd) for the neutron lattice interferometer.
  • Au gold
  • Gd gadolinium
  • the existing neutron absorbing lattice has the technical difficulty of forming a lattice at high aspectratio, that is, a half cycle: lattice height ratio of 1: 3 or more at the time of manufacture, and it is possible to obtain a neutron absorbing material Gd. It is technically difficult to uniformly fill the grooves between the grids of several tens of micrometers, so that the analysis grid is nonuniform, and thus, a distorted phase difference image is obtained.
  • the general grating interferometer has a problem that the compactness of the device is impossible because the grating interferometer should be installed at least 1m spaced between the radiation source and the beam splitting grating to meet the coherence conditions of the light source.
  • beam splitting grating and analysis grating which are the core components, should be manufactured with different specifications according to the wavelength of light source, but it is difficult to manufacture grating height according to grating spacing and light source wavelength. This is a limited problem.
  • the coherence of the light source satisfies the phase image acquisition condition, and the distance between the light source and the detector is minimized while maintaining the brightness of the light source.
  • a radiation retardation imaging device that is easy to manufacture and easy to post-process images.
  • the present invention also provides a radiation phase difference image acquisition device capable of acquiring phase difference images by using the above-described improved phase difference image device.
  • the present invention provides a radiation retardation imaging apparatus comprising: a radiation light source; A plurality of stripes formed in a lattice shape arranged in a horizontal and vertical direction at predetermined intervals, the plurality of stripes including a plurality of holes formed by intersections of the plurality of stripes, and being spaced apart from the radiation light source in a traveling direction of the radiation; grid; And a knife-edge filter formed in a lattice shape at a predetermined interval at both ends with a knife-shaped stripe, and spaced apart from the light source grating in the radiation traveling direction.
  • the radiation may be X-rays or neutron beams.
  • the knife-edge filter or light source grating may have X-rays or neutron absorbing materials deposited on one surface thereof.
  • the knife-edge filter of the radiation retardation imaging apparatus is disposed spaced apart from the light source grating by the focal length f of the hole of the light source grating.
  • the focal length is Where d is the diameter of the hole of the light source grating, f is the focal length by the hole, and ⁇ is the wavelength of the radiation.
  • the hole of the light source grating may be a pinhole lens.
  • the light source grating includes a plurality of holes formed by the intersection of the stripes, and the holes have a two-dimensional structure.
  • the stripe of the knife-edge filter may be blade-shaped at both ends.
  • the present invention provides a method for acquiring a radiation phase difference image, which includes a radiation light source, a light source grid in which a stripe of a predetermined width is repeated in a horizontal direction and a vertical direction at predetermined intervals, and a stripe of a predetermined width having an end portion of a stripe is horizontally provided.
  • a method for obtaining a radiation phase difference image of a knife-edge filter formed in a lattice shape repeated in a direction and a vertical direction, and a photo detector is aligned in a direction of a radiation optical axis comprising: a sample between the knife edge filter and the light source grating; Mounting and finely adjusting the sample in the optical axis direction; Storing the absorption image I abs detected by the detector while the knife-edge filter is removed; Storing the image detected by the detector after the knife-edge filter has been repositioned and moved at regular intervals in the x- and y-axis directions perpendicular to the optical axis; And digitizing the absorbed image, moving the knife edge filter, and digitizing the acquired image to obtain a final image.
  • the step of detecting the image by moving the knife-edge filter is to move in the direction of the + direction or the-direction in the x direction and the y direction, respectively.
  • the light source grating or the knife-edge filter may have a blade-shaped end portion of a stripe constituting the grating.
  • the coherence of the light source satisfies the phase image acquisition conditions, and to minimize the distance between the light source and the detector to maintain the brightness of the light source, it is easy to manufacture the grating as an interferometer component, Provided are a radiation retardation imaging device which is easy to process and an image acquisition device using the same.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an analysis grating employed in a conventional neutron beam phase difference imaging apparatus.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a radiation phase difference imaging apparatus according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a schematic cross-sectional view of a radiation retardation imaging apparatus according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG 5 is an image measured once by a radiation retardation imaging apparatus according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a sum image measured 25 times in a radiation retardation imaging apparatus according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a phase difference image acquired by the radiation phase difference imaging apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • FIGS. 8 and 9 are cross-sectional views of a part of the radiation retardation imaging apparatus shown for explaining the method for obtaining a radiation retardation image of the present invention.
  • FIG. 10 is a schematic view of a radiation phase difference imaging apparatus according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a schematic cross-sectional view of a radiation retardation imaging apparatus according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 and 13 are diagrams of a knife-edge filter grating employed in the radiation phase difference imaging apparatus according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a perspective view
  • FIG. 13 is a line A-A 'of FIG. According to the cross-sectional view.
  • FIG. 2 and 3 are schematic views showing a radiation phase difference imaging apparatus according to a first embodiment of the present invention, in which FIG. 2 is a perspective view and FIG. 3 is a sectional view.
  • the radiation retardation imaging apparatus is a retardation imaging apparatus employing X-rays as a light source.
  • the radiation retardation imaging apparatus includes an X-ray light source 10X, a light source grating 20, and a knife-edge filter 30. , An optical modulator 40, and a detector 60.
  • Reference numeral 50 denotes a sample to be measured
  • reference numeral 80 denotes a lead plate having holes formed therein which can be added to prevent noise due to scattering.
  • the light source 10X of the radiation retardation imaging apparatus is a light source that emits an X-ray beam, and a low coherence, low luminance X-ray light source such as an X-ray tube may be used.
  • the light source grating 20 is formed in a lattice form by repeating stripes of a predetermined width in a horizontal direction and a vertical direction at predetermined intervals.
  • the pinholes formed by crossing the horizontal stripe and the vertical stripe are repeated horizontally and vertically to form a pinhole array lens.
  • the width of the stripe is preferably about 5.0 ⁇ m, and the distance of the stripe is preferably about 7.5 ⁇ m.
  • the light source grating 20 includes a pinhole array lens in which a plurality of pinholes having a width and a length or a diameter of 7.5 ⁇ m are arranged in two dimensions. Both ends of the stripe may be formed in a blade shape.
  • the knife-edge filter 30 has a knife edge-shaped stripe having an edge type at a predetermined interval, and is formed in a lattice shape at predetermined intervals, and preferably has the same specifications as the light source grating 20. Do. Meanwhile, the knife-edge filter 30 may be disposed at a position spaced apart from the light source grating 20 by the focal length f of the pinhole of the light source grating. The focal length f of the pinhole can be obtained by the following equation.
  • focal length f is to be.
  • the knife-edge filter 30 configured as described above filters the transmission beam and the refraction beam, and separates the X-ray beam refracted by the sample from the X-ray beam straight ahead of the knife-edge filter 30.
  • the optical modulation device 40 includes YAG: Ce (yttrium-aluminum-garnet: Ce) single crystal doped with Ce by converting incident X-rays into light in a visible light region. X-rays are converted into visible light by the optical modulator 40 so that X-rays may be indirectly measured by an optical microscope.
  • the light modulator 40 is preferably fixed at a predetermined distance from the knife-edge filter 30, and the distance is preferably about 2 mm.
  • the detector 60 is mounted on an optical microscope focused on the surface of the light modulator 40 and preferably uses a charge coupled device (CCD). The detector 60 may measure the intensity of incident light and post-process the data to obtain a phase difference image.
  • Reference numeral 50 represents a sample to be observed.
  • the X-ray light source 10X emits X-rays having a wavelength of 1.54x10 -10 m generated in an X-ray tube targeting Cu, for example, and the light source grating 20 and the knife-edge filter 30 have a width of 5 ⁇ .
  • the light source grating 20 includes a pinhole array lens in which a plurality of pinholes having a diameter of 7.5 ⁇ m are arranged in the horizontal and vertical direction. 7.5 ⁇ m, and the wavelength? Of the X-ray is 1.54x10 -10 m, so that the focal length f of the pinhole is about 202.36 mm according to equation (1).
  • the light source grating 20, the sample 50, and the knife-edge filter 30 are aligned with the optical axis, and the knife-edge filter 30 is disposed 202.36 mm away from the light source grating 20, and the sample is placed on the optical axis.
  • the sample is fixed at a position where the image displayed on the detector 60 is clear, and the absorbed image I abs is stored in the computer while the knife-edge filter 30 is removed from the optical axis.
  • the filter is moved at predetermined intervals in the x and y directions of FIG. 2, and each image is acquired and stored by the CCD 60.
  • One movement distance is a value obtained by dividing the light source lattice period by n, and n is the number of movements.
  • Strength is measured in the process I + (x, y) is a knife-strength, measured in the direction of movement of the edge filter 30, and I - (x, y) is a knife-on the other side of the movement of the edge filter 30 direction The intensity measured.
  • FIG. 5 illustrates an image observed when moving once
  • FIG. 6 illustrates an image observed when moving five times in the x and y axis directions.
  • the one-time movement distance is 2.5 ⁇ m, which is one fifth of the period of the light source grating 20, and a total of 25 measurement values are obtained, which can be expressed by Equation 2.
  • phase difference image is calculated according to the following equation (3).
  • Image post-processing is a spreadsheet program that processes data in a general chart format, converting CCD images into numerical values, and imaging them by Equation 3 to obtain a phase difference image as shown in FIG. 7.
  • FIGS. 8 and 9 are cross-sectional views illustrating a part of a radiation phase difference imaging apparatus according to a first embodiment of the present invention.
  • the radiation retardation imaging apparatus according to the first embodiment is used, and thus, the X-ray light source 10X is used as the light source.
  • one cycle 100 of image acquisition is represented by a solid rectangle, and the function of the knife edge filter 30 within this cycle will be described.
  • the X-ray beam 130 blocked by the lower blade of the blade 31 and the X-ray beam 140 blocked by the upper blade of the blade 32 and the X-ray beam 150 propagated between the blades 31 and 32 are images. This is the first process of acquisition.
  • the intensity in the case of image acquisition becomes I - ( - x) and I + (+ x), respectively.
  • the instrument detects the change in intensity that can be obtained by moving in the + y direction and the + x direction and simultaneously in the -y and -x directions.
  • the X-ray phase acquisition device using the blade-type knife-edge filter 30 is + or- Since the intensity change is detected at the same time by moving only in one direction, the measurement time can be greatly reduced, and the blurring of the image due to the mismatch of the coordinate movement due to the bidirectional movement can be reduced.
  • the blade 38 moves to the position of the blade 32 while one cycle of the periodic knife edge filter is moved as shown in FIG. Becomes the initial state of.
  • the post-image processing process is simple, so that the measured values at each pixel of the CCD correspond one-to-one with each cell of the spreadsheet software, thereby obtaining numerical values of the phase difference image by simple program operation.
  • this value is displayed in water color, it becomes a phase difference image of a sample.
  • the X-ray retardation image may be acquired even by using the intensity measured at a specific position of the knife edge filter, that is, measured once.
  • the image obtained by such a single measurement is characterized by a clear image of a specific part of the sample, but the sensitivity of the overall image is inferior.
  • dark-field images are obtained by removing refractive images from absorbed images. Therefore, the method proposed in the present invention can obtain dark-field images as necessary, that is,
  • the radiation retardation imaging apparatus employs a neutron beam as the light source 10N.
  • 10 and 11 illustrate a radiation phase difference imaging apparatus according to a second embodiment of the present invention.
  • the radiation retardation imaging apparatus includes a neutron light source 10N, a light source grating 200, a knife-edge filter 300, a light modulator 400, and a detector. And 600.
  • Reference numeral 500 denotes a sample to be measured.
  • the neutron light source 10N is a light source that emits a neutron beam.
  • the neutron light source 10N for example, cold neutrons having a wavelength of 0.433 nm can be used.
  • the light source grating 200 includes a plurality of holes having a plurality of stripes having a predetermined width formed in a grid type at predetermined intervals in a horizontal and vertical direction, and arranged in two dimensions formed by the intersection of the plurality of stripes, and the neutron The light source is spaced apart from the traveling direction of the neutron.
  • the plurality of holes serve as a pinhole lens.
  • FIG. 11 only the edge portion of the knife edge filter 300 is illustrated in the shape of a blade, but the figure is schematically illustrated. Both ends of the stripe of the light source grating 200 may be formed in the shape of a blade.
  • the knife-edge filter 300 is formed in a lattice shape in which a plurality of stripes of a predetermined width are arranged at predetermined intervals in the horizontal and vertical directions, and the stripes of the knife-edge filter 300 are both ends as shown in FIG. 11. Is formed in a blade shape, and is spaced apart from the light source grating in the neutron traveling direction.
  • FIG. 12 and 13 illustrate a knife-edge filter 300 employed in the radiation retardation imaging apparatus according to the second embodiment of the present invention.
  • the neutron absorbing material 320 is deposited on one surface of the metal grating 310 to serve as an absorbing grating.
  • the neutron absorbing material is preferably gadolinium (Gd), and is preferably formed of at least one selected from e-beam deposition, sputter coating, or thermal deposition.
  • the lattice-like thin film is formed by the deposition of gadolinium on the lattice, and the gadolinium thin film can be easily formed and the thickness of the thin film can be uniformly formed.
  • the light source grating 200 employed in the radiation retardation imaging apparatus of the second embodiment of the present invention also has a neutron absorbing material on one surface similarly or similarly to the knife-edge filter 300 shown in FIGS. 12 and 13. Can be deposited.
  • the knife-edge filter 300 serves to separate the neutron beam refracted by the sample 500 from the straight beam.
  • the knife-edge filter 300 should be positioned at a focal length at which the neutron beam is focused.
  • the neutron beam light source 10N emits cold neutrons having a wavelength ⁇ of 4.33 ⁇ 10 ⁇ 10 m
  • the light source grating 200 has a mesh lattice shape having a grating width of 6.0 ⁇ m and a distance between the gratings and the grating 19.0 ⁇ m.
  • the diameter of the holes generated by the lattice is 19.0 ⁇ m
  • a pinhole array lens is formed in which a plurality of holes spaced 6.0 ⁇ m apart are arranged in two dimensions.
  • the knife edge filter 300 is formed in a lattice shape with the same specifications as the light source grating 200, but an end portion is formed in a blade shape as shown in FIG.
  • the knife-edge filter 300 may be disposed at a position spaced apart from the light source grating 200 by the focal length of the pinhole array lens.
  • the focal length f of the pinhole lens may be obtained from Equation 1 used in the first embodiment.
  • the focal length f is 154.6 mm.
  • the knife edge filter 300 is disposed at a position 154.6 mm away from the light source grating 200.
  • the knife-edge filter 300 configured as described above filters the transmission beam and the refraction beam to separate the neutron beam refracted by the sample 500 from the neutron beam straight ahead of the knife-edge filter 300.
  • the distance between the sample 500 and the knife-edge filter 300 is set to a different value depending on the sample, an image may be acquired in a range of 1 to 5 mm.
  • the light modulator 400 preferably includes a single crystal for converting the incident neutron beam into light in the visible ray region.
  • the light modulator 400 is preferably fixed at a predetermined distance from the knife-edge filter 300, and the distance is preferably about 2 mm.
  • the detector 600 is mounted on an optical microscope focused on the surface of the light modulator 400 and preferably uses a charge coupled device (CCD).
  • CCD charge coupled device
  • the detector 600 may measure the intensity of the incident neutron and post-process the data to obtain a phase difference image.
  • the light source grating 200, the sample 500, and the knife-edge filter 300 are aligned with the optical axis, and the knife-edge filter 300 is spaced apart from the light source grating 200 by the focal length of the pinhole of the light grating.
  • the sample is fixed at a position where the image displayed on the detector 600 is clear, and the absorbed image I abs is stored in the computer while the knife-edge filter 300 is removed from the optical axis. do.
  • the filter 300 is moved at predetermined intervals in the x-axis direction and the y-axis direction of FIG. 10, and each image is acquired and stored by the detector (CCD) 600.
  • One movement distance is a value obtained by dividing the light source lattice period by n, and n is the movement frequency.
  • Strength is measured in the process I + (x, y) is a knife-strength, measured in the direction of movement of the edge filter 300, and I - (x, y) is a knife-on the other side of the movement of the edge filter 300 direction The intensity measured.
  • the phase difference image may also be calculated according to Equation 3 as in the first embodiment.
  • Image post-processing is a spreadsheet program that processes data in a general chart format, converting CCD images into numerical values, and imaging them by Equation 3 to obtain a final phase difference image.

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Abstract

방사선 위상차 영상 장치 및 영상 획득 방법이 개시된다. 이용되는 방사선 광원으로 엑스선과 중성자빔이 포함된다. 이러한 영상 장치 및 영상 획득 방법에서는 2차원 광원 격자를 이용하여 방사선 광원을 시료에 조사하고 시료를 투과한 방사선 빔을 격자형 칼날필터에 의해 위상 신호를 여과함으로써 방사선 위상차 영상을 획득할 수 있다.

Description

방사선 위상차 영상 장치
본 발명은 방사선 위상차 영상 기술에 관한 것으로, 특히 엑스선 및 중성자빔을 광원으로 이용하여 위상차 영상을 획득하는 방사선 위상차 영상 장치 및 획득 방법에 관한 것이다.
일반적으로 방사선 위상차 영상 획득 장치에 이용되는 광원은 결맞음성이 좋아야 한다. 이를 위해서 광원 격자를 장착하여 광원의 결맞음성을 향상시키고 있다.
이를테면, 광원이 엑스선의 경우 엑스선 격자 간섭계가 이용되며, 여기에서는 광원의 결맞음 조건을 충족시키도록 엑스선 광원과 빔분할 격자 사이에 1m 이상 거리를 두고 두 격자를 설치하여 사용하고 있다. 광원이 전자빔 가속기에 의한 방사광 엑스선인 경우 엑스선의 광자수가 충분하여 공기 중에서 1m 이상의 거리를 투과하여 공기에 의한 산란으로 휘도가 감소한다 해도 엑스선 휘도는 위상 영상을 획득하기에 충분한 휘도를 유지한다. 그러나, 광자 수가 충분하지 않은 엑스선 튜브를 광원으로 사용하는 경우, 엑스선 튜브 출력단에 광원 격자를 사용하고 이후 공기층을 투과하여야 빔분할 격자에 도달하게 되므로 공기 중 흡수, 산란에 의한 엑스선 휘도의 감소가 위상 영상을 획득하기에 충분치 못한 문제점이 있다.
또한 광원이 중성자 빔일 경우 전자기파의 특성상 투과력이 강하고 전기적으로 중성을 띠고 있어 전자빔과 같이 전자기 렌즈로 중성자를 집속하는 것이 불가능하다. 따라서, 중성자 빔 위상차 영상장치로 최근 개발되고 있는 중성자 격자 간섭계는 광원 전단에 광원 격자를 설치하여 광원의 결맞음성을 간섭계 시스템에서 요구하는 사양을 충족시켜 중성자 빔 위상차 영상을 획득할 수 있도록 하고 있다.
이러한 중성자 격자 간섭계 장치의 핵심 소자로는 중성자 빔의 결맞음성을 향상시키는 광원 격자, 이 광원 격자를 투과한 중성자 빔의 위상을 분리하는 빔분할 격자, 및 위상이 분리되어 시료에 조사하여 투과된 중성자빔을 해석하는 해석격자가 있다. 이 위상격자 및 해석격자로는 론치 격자(Ronchi grating) 타입이 많이 사용되는데, 론치 격자 타입은, 해석격자의 경우, 도 1에 도시한 바와 같이, 실리콘 기판(1)을 론치 격자로 식각하여 형성된 격자 골에 중성자 흡수물질(2)인 가돌리늄(gadolinium:Gd)을 채워넣어 형성된다. 즉, 실리콘 기판(1)을 론치 격자 형태로 식각한 다음 격자와 격자 사이의 홈에 흡수물질(2)로서 엑스선 격자간섭계의 경우 금(Au)을, 중성자 격자간섭계의 경우 가돌리늄(Gd)을 채운다. 이러한 기존의 중성자 흡수격자는 제조시에 격자를 높은 가로세로비(high aspectratio)로 즉, 반주기:격자높이 비를 1:3 이상으로 형성하여야 하는 기술적 곤란성을 가지고 있고, 중성자 흡수물질인 Gd를 수 내지 수십 마이크로미터 간격의 격자 사이의 홈에 균일하게 채우는데 기술적으로 곤란하여 해석격자가 불균일하게 구성되며 이에 따라 왜곡된 위상차 영상이 얻어지는 문제점이 있다.
또한, 일반적인 격자 간섭계는 광원의 결맞음성 조건을 충족시키기 위해 방사선 광원과 빔분할 격자 사이를 1m 이상 이격하여 설치하여야 하므로 장치의 컴팩트화가 불가능한 문제점이 있다. 또한 격자 간섭계의 경우 핵심 부품인 빔분할 격자와 해석 격자를 광원의 파장에 따라 사양을 달리하여 제조하여야 하나, 격자 간격과 광원 파장에 따른 격자 높이를 일치하여 제조하는 데 어려움이 있어 이에 따른 해상도 향상이 제한되는 문제점이 있다.
본 발명은 광원으로 엑스선 튜브나 소형 중성자 발생장치를 사용하는 경우 광원의 결맞음성이 위상 영상 획득 조건을 만족시키며, 광원의 휘도를 유지하기 위해 광원과 검출기 간의 거리를 최소화하면서 간섭계 구성 부품인 격자의 제조가 용이하며 영상의 후처리가 간편한 방사선 위상차 영상장치를 제공한다.
본 발명은 또한 상술한 개선된 위상차 영상 장치를 이용하여 위상차 영상을 획득할 수 있는 방사선 위상차 영상 획득 장치를 제공한다.
본 발명은 방사선 위상차 영상 장치를 제공하며, 이 영상 장치는: 방사선 광원; 복수의 스트라이프가 소정 간격으로 가로 세로 방향으로 배치되는 격자형으로 형성되어 상기 복수의 스트라이프의 교차에 의해 형성되는 복수 개의 홀을 포함하며, 상기 방사선 광원으로부터 상기 방사선의 진행 방향으로 이격되어 배치되는 광원 격자; 및 양 단부가 칼날 형상인 스트라이프가 소정 간격으로 격자형으로 형성되며, 상기 광원 격자로부터 상기 방사선 진행 방향으로 이격되어 배치되는 나이프-에지필터;를 포함한다.
상기 방사선은 엑스선이거나 중성자 빔일 수 있다.
상기 나이프-에지 필터 또는 광원 격자는 일면에 엑스선 또는 중성자 흡수물질이 증착된 것일 수 있다.
상기 방사선 위상차 영상 장치의 나이프-에지 필터는 상기 광원 격자로부터 상기 광원 격자의 상기 홀의 초점 거리(f)만큼 이격되어 배치된다. 이때, 초점 거리는
Figure PCTKR2013002795-appb-I000001
이며, 여기서 d는 상기 광원 격자의 홀의 직경이고, f는 상기 홀에 의한 초점거리, λ는 상기 방사선의 파장이다.
또한 상기 광원 격자의 상기 홀은 핀홀 렌즈일 수 있다.
상기 광원격자는 상기 스트라이프의 교차에 의해 형성되는 다수개의 홀을 포함하며, 상기 홀은 2차원 구조이다.
상기 나이프-에지 필터의 스트라이프는 양 단부가 칼날형일 수 있다.
본 발명은 방사선 위상차 영상 획득 방법을 제공하며, 이는 방사선 광원, 소정 폭의 스트라이프가 소정 간격으로 가로 방향과 세로 방향으로 반복되는 격자형으로 형성되는 광원 격자, 단부가 칼날형인 소정 폭의 스트라이프가 가로 방향과 세로 방향으로 반복되어 격자형으로 형성된 나이프-에지 필터, 및 광 검출기가 방사선 광축 방향으로 정렬되는 방사선 위상차 영상장치의 방사선 위상차 영상 획득 방법으로서: 상기 나이프 에지 필터와 상기 광원 격자 사이에 시료를 장착하고 시료를 광축 방향으로 미세 조정하는 단계; 상기 나이프-에지 필터를 제거한 상태에서 상기 검출기에서 검출된 흡수 영상(Iabs)을 저장하는 단계; 상기 나이프-에지 필터를 원위치시킨 후 상기 광축에 수직하는 x 축 및 y 축 방향으로 일정 간격 이동하며 상기 검출기에서 검출된 영상을 저장하는 단계; 상기 흡수 영상을 수치화하고 상기 나이프 에지 필터를 이동하며 얻은 영상을 수치화한 후 데이터 처리하여 최종 영상을 획득하는 단계;를 포함한다.
상기 흡수 영상(Iabs)을 수치화하고 상기 나이프-에지 필터를 이동시켜 얻은 영상(
Figure PCTKR2013002795-appb-I000002
)을 수치화한 후,
다음 관계식
Figure PCTKR2013002795-appb-I000003
에 의해 위상차 영상을 연산한다.
암시야 영상은 다음 관계식
Figure PCTKR2013002795-appb-I000004
에 의해 획득한다.
상기 나이프-에지 필터를 이동시켜 영상을 검출하는 단계는 x 방향 및 y 방향에서 각각 + 방향 또는 - 방향 중 하나의 방향으로 이동시키는 것이다.
상기 광원 격자 또는 상기 나이프-에지 필터는 격자를 구성하는 스트라이프의 단부가 칼날형으로 형성될 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따르면, 광원의 결맞음성이 위상 영상 획득 조건을 만족시키며, 광원의 휘도를 유지하기 위해 광원과 검출기 간의 거리를 최소화하면서 간섭계 구성 부품인 격자의 제조가 용이하며 영상의 후처리가 간편한 방사선 위상차 영상 장치와 그를 이용한 영상 획득 장치가 제공된다.
도 1은 종래의 중성자 빔 위상차 영상 장치에 채용되는 해석격자를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 방사선 위상차 영상 장치를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 방사선 위상차 영상 장치의 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 방사선 위상차 영상 장치에서 나이프 에지 필터 제거한 후에 얻어진 흡수 영상이다.
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 방사선 위상차 영상 장치에서 1회 측정한 영상이다.
도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 방사선 위상차 영상 장치에서 25회 측정한 합 영상이다.
도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 방사선 위상차 영상 장치에서 획득한 위상차 영상이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 방사선 위상차 영상 획득 방법을 설명하기 위해 도시한 방사선 위상차 영상 장치의 일부분을 도시한 단면이다.
도 10은 본 발명의 제2실시예에 따른 방사선 위상차 영상 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 제2실시예에 따른 방사선 위상차 영상 장치의 개략적인 단면도이다.
도 12 및 도 13은 본 발명의 제2실시예에 따른 방사선 위상차 영상 장치에 채용되는 나이프-에지 필터 격자에 대한 도면으로서, 도 12는 사시도이고, 도 13은 도 12의 A-A'선에 따른 단면도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 방사선 위상차 영상 장치 및 영상 획득 방법를 상세하게 설명한다.
<엑스선 위상차 영상 장치>
도 2 및 도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 방사선 위상차 영상 장치를 개략적으로 나타낸 도면으로서, 도 2는 사시도이고 도 3은 단면도이다.
본 발명의 제1실시예에 따른 방사선 위상차 영상 장치는 엑스선을 광원으로 채용하는 위상차 영상 장치이다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 방사선 위상차 영상 장치는 엑스선 광원(10X), 광원 격자(20), 나이프-에지 필터(knife-edge filter)(30), 광변조 소자(40), 검출기(60)를 포함한다. 도면 부호 50은 측정하고자 하는 시료를 나타내고, 도면부호 80은 산란에 의한 노이즈를 방지하기 위해 추가될 수 있는 홀이 형성된 납판이다.
제1실시예에 다른 방사선 위상차 영상 장치의 광원(10X)은 엑스선 빔을 방사하는 광 소스로서, 엑스선 튜브와 같은 저결맞음, 저휘도 엑스선 광원이 사용될 수 있다.
광원 격자(20)는 소정 폭의 스트라이프가 소정 간격으로 가로 방향과 세로방향으로 반복되어 격자형으로 형성된다. 상기 가로 스트라이프와 세로 스트라이프가 교차되며 형성되는 핀홀이 가로 세로로 반복되어 핀홀 어레이 렌즈를 형성한다. 상기 스트라이프의 폭은 5.0㎛ 내외가 바람직하고, 스트라이프의 간격은 7.5㎛ 내외가 바람직하다. 광원 격자(20)는 가로와 세로 또는 직경이 7.5㎛인 핀홀이 2차원으로 복수 개 배열되는 핀홀 어레이 렌즈를 포함한다. 상기 스트라이프는 양단부가 칼날형으로 형성될 수 있다.
나이프-에지 필터(30)는 도 3의 단면도에서 볼 수 있듯이 단부가 칼날 타입인 나이프 에지 형상의 스트라이프가 소정 간격으로 격자형으로 형성되며, 상기 광원 격자(20)와 동일한 사양으로 형성되는 것이 바람직하다. 한편 나이프-에지 필터(30)는 광원 격자의 핀홀의 초점거리(f)만큼 광원 격자(20)에서 이격된 위치에 배치되는 것이 바람직하다. 핀홀의 초점거리(f)는 다음 수학식 1으로 구할 수 있다.
[수학식 1]
Figure PCTKR2013002795-appb-I000005
여기서, d는 핀홀의 직경, f는 초점거리, λ는 입사되는 엑스선의 파장이다. 따라서 초점거리(f)는
Figure PCTKR2013002795-appb-I000006
이다.
상기와 같이 구성된 나이프-에지 필터(30)는 투과빔과 굴절빔을 여과, 시료에 의해 굴절되는 엑스선 빔을 나이프-에지 필터(30)가 직진하는 엑스선 빔과 분리한다.
광변조 소자(40)는 입사되는 엑스선을 가시광선 영역의 광으로 변환하는 것으로 Ce이 도핑된 YAG:Ce(yttrium-aluminum-garnet:Ce) 단결정을 포함하는 것이 바람직하다. 광변조 소자(40)에 의해 엑스선이 가시광선으로 변환되어 광학현미경에 의해 엑스선이 간접적으로 측정될 수 있다. 광변조 소자(40)는 나이프-에지 필터(30)로부터 소정 거리에 고정되는 것이 바람직하고, 상기 거리는 2mm 내외가 바람직하다. 검출기(60)는 광변조 소자(40) 표면에 초점이 맞추어진 광학 현미경에 장착되는 것으로 CCD(charge coupled device)를 사용하는 것이 바람직하다. 검출기(60)는 입사되는 광선의 세기를 측정하고 이 데이터를 후처리하여 위상차 영상을 획득할 수 있다. 도면부호 50은 관찰하고자 하는 시료를 나타낸다.
상기와 같이 엑스선 위상차 영상장치를 구성하고 시료(50)를 위치시킨 다음위상차 영상을 획득하는 방법을 설명하면 다음과 같다.
엑스선 광원(10X)은 예를 들어 Cu를 타깃으로 하는 엑스선 튜브에서 발생되는 파장이 1.54x10-10m인 엑스선을 방사하고, 광원 격자(20)와 나이프-에지 필터(30)는 5㎛폭의 스트라이프가 7.5㎛ 간격으로 가로 세로 방향으로 배치되어 형성되는 격자 형상일 경우 광원 격자(20)는 7.5㎛의 직경을 가지는 핀홀이 복수개 가로 세로 방향으로 배치된 핀홀 어레이 렌즈로 구성되어, 핀홀 직경 d 가 7.5㎛이고, 엑스선의 파장 λ가 1.54x10-10m이므로, 수학식 1에 따라 핀홀의 초점거리 f는 약 202.36mm가 된다.
따라서, 광원 격자(20), 시료(50), 나이프-에지 필터(30)를 광축에 정렬시키되, 나이프-에지 필터(30)는 광원 격자(20)로부터 202.36㎜ 이격시켜 배치하고, 시료를 광축 방향으로 미세하게 조정하여 검출기(60)에 나타난 영상이 선명해진 위치에 시료를 고정하고, 나이프-에지 필터(30)를 광축에서 빼낸 상태에서 흡수 영상(Iabs)을 컴퓨터에 저장한다.
도 4는 나이프-에지 필터(30)를 광축에서 빼낸 상태에서 흡수 영상의 예이다.
나이프-에지 필터(30)를 광축에 원위치시킨 다음, 도 2의 x 방향과 y 방향으로 필터를 소정 간격 이동하며 각각의 영상을 CCD(60)로 획득하여 저장한다. 1회 이동거리는 광원 격자 주기를 n으로 나눈 값이 되고, n은 이동 회수가 된다. 이 과정에서 측정되는 강도 I+(x,y)는 나이프-에지 필터(30)의 이동방향에서 측정되는 강도이며 I-(x,y)는 나이프-에지 필터(30)의 이동방향의 반대쪽에서 측정되는 강도이다. 각각의 이동에 따른 강도 측정시 이 두 값, I+(x,y)와 I-(x,y)가 동시에 검출기(60)에 관측되고 이 영상이 수치로 컴퓨터에 저장된다. 따라서, x 축 및 y 축의 + 방향과 - 방향 모두 이동할 필요 없이 한번 이동으로 두 값이 동시에 검출기(60)에서 관측된다.
도 5는 1회 이동할 경우 관측된 영상을 나타내고, 도 6은 x 축과 y 축 방향으로 각 5회 이동할 경우 관측된 영상을 나타낸다. 도 6의 실시예에서 1회 이동거리는 광원 격자(20) 주기의 1/5인 2.5㎛가 되고, 총 25회의 측정값을 얻게 되고, 이를 수학식 2로 표시할 수 있다.
[수학식 2]
Figure PCTKR2013002795-appb-I000007
따라서, 위상차 영상은 다음 수학식 3에 따라 연산 된다.
[수학식 3]
Figure PCTKR2013002795-appb-I000008
영상 후처리는 일반적인 차트 형식의 데이터를 처리하는 스프레드시트 프로그램으로 CCD 영상을 수치로 전환하여, 수학식 3에 의하여 영상화하여 도 7과 같은 위상차 영상을 얻을 수 있게 된다.
이하에서는 도 8 및 도 9를 참조하여 본 발명에 방사선 위상차 영상 장치를 이용하여 영상을 획득하는 방법에 대하여 구체적으로 설명한다. 도 8과 도 9는 본 발명의 제1실시예에 따른 방사선 위상차 영상 장치의 일부분을 도시한 단면도이다. 여기에서는 상술한 제1실시예에 따른 방사선 위상차 영상 장치를 이용하였으며, 따라서 광원이 엑스선 광원(10X)이 이용되었다.
도 9의 (a)에서 영상획득의 1주기(100)가 실선의 직사각형으로 표현되어 있고 이 1주기 내에서 나이프 에지 필터(30)의 기능을 설명하기로 한다. 칼날(31)의 하단 날에 의해 차단되는 엑스선 빔(130)과 칼날(32)의 상단 날에 의해 차단되는 엑스선 빔(140)과 칼날(31, 32) 사이로 전파되는 엑스선 빔(150)이 영상획득의 첫 번째 과정이다.
한 쌍의 칼날(31, 32)를 y-축으로 이동하며 영상획득을 하는 경우가 도 9의 (b)에 도시된다. 한쌍의 칼날(31, 32)가 나이프 에지 필터(30)의 1주기를 n으로 나눈 값만큼 이동하면 칼날(31)의 하단의 이동으로 인하여 변화된 엑스선 빔(160)과 동시에 칼날(32)의 상단의 이동으로 인하여 변화된 엑스선 빔(170)이 새롭게 계측기에 감지될 것이다. 이때 칼날(31)의 하단에 의한 변화의 강도는 I-(-y)이고, 칼날(32)의 상단에 의한 강도는 I+(+y)로 표현될 수 있다.
동일한 과정에 의하여 한쌍의 칼날(31, 32)을 x-축으로 이동하며 영상획득을 하는 경우의 강도를 각각 I-(-x), I+(+x)가 되어 2차원의 한 점에서의 강도는 I(x,y)로 표현되며 수학적으로 1차 위상함수의 미분값은 반대칭이므로 I-(-x, -y)=-I-(x,y)라 할 수 있다.
그러므로 +y방향 +x 방향으로 이동함과 동시에 -y, -x방향으로 이동하며 획득할 수 있는 강도 변화를 동시에 계측기에서 탐지된다. 기존 전자현미경에서 활용되었던 평판형 칼날을 적용한 경우는 +, - 양방향으로 각각 이동하며 측정해야 하는 데 비해, 본 발명에 의하면 칼날형 나이프-에지 필터(30)를 사용한 엑스선 위상 획득 장치는 + 또는 - 일 방향으로만 이동하면 동시에 강도 변화가 탐지되므로 측정 시간을 크게 줄일 뿐만 아니라 양방향 이동에 따른 좌표 이동의 불일치에 의한 영상의 흐림현상을 줄일 수 있다.
상기 기술한 격자 이동을 n번 반복하면 도 9의 (c)와 같이 주기적 나이프 에지 필터의 한 주기가 이동한 상태로 칼날(38)이 칼날(32)의 위치로 이동한 상태가 되어 영상획득 과정의 초기상태가 된다.
상기 기술한 1주기 검출과정에서 획득된 강도의 합이
Figure PCTKR2013002795-appb-I000009
이 된다. 이 값을 흡수 영상으로 나눈 값이 시료의 위상차 영상으로 그려지게 된다.
영상 후 처리 과정은 간편하여 CCD의 각각의 화소에서 측정된 값이 스프레드 시트 소프트웨어의 각각의 셀과 1대1 대응되므로 간단한 프로그램 조작으로 위상차 영상을 수치 값을 얻게 된다. 이 값을 수도칼러로 표시하면 시료의 위상차 영상이 된다.
또한, 나이프 에지 필터의 특정위치에서 측정된, 즉, 1회 측정된 세기를 이용하여도 엑스선 위상차 영상 획득이 가능하다. 이와 같은 1회 측정에 의한 영상은 시료의 특정 부분의 영상이 선명하게 보이는 특징이 있으나 전체적인 이미지의 민감도가 떨어진다.
일반적으로 암시야(drak-field) 영상은 흡수영상에서 굴절영상을 제거하여 얻는다. 따라서 본 발명에서 제안된 방법은 필요에 따라, 암시야(dark-field) 영상 획득이 가능하다, 즉
[수학식 4]
Figure PCTKR2013002795-appb-I000010
에 의하여 암시야(dark-field) 영상을 얻는다.
<중성자 빔 위상차 영상장치>
본 발명의 제2실시예에 따른 방사선 위상차 영상 장치는 광원(10N)으로서 중성자 빔을 채용한다. 도 10 및 도 11은 본 발명의 제2실시예에 따른 방사선 위상차 영상 장치를 도시한 도면이다.
이러한 본 발명의 제2실시예에 따른 방사선 위상차 영상 장치는 중성자 광원(10N), 광원 격자(200), 나이프-에지 필터(knife-edge filter)(300), 광변조 소자(400), 및 검출기(600)를 포함한다. 도면부호 500은 측정하고자 하는 시료를 나타낸다.
중성자 광원(10N)은 중성자 빔을 방사하는 광 소스이다. 중성자 광원(10N)은 예를 들어 파장 0.433㎚인 냉중성자를 사용할 수 있다.
광원 격자(200)는 소정 폭의 복수의 스트라이프가 가로 세로 방향으로 소정 간격으로 격자 타입으로 형성되고, 상기 복수의 스트라이프의 교차에 의해 형성되는 2차원으로 배치되는 복수 개의 홀을 포함하며, 상기 중성자 광원으로부터 상기 중성자의 진행 방향으로 이격되어 배치된다. 상기 복수개의 홀은 핀홀 렌즈 역할을 한다. 도 11에는 나이프 에지 필터(300)만 단부가 칼날 형상으로 도시되지만 도면은 개략적으로 표현된 것으로, 상기 광원 격자(200)의 상기 스트라이프도 양 단부가 칼날 형상으로 형성될 수 있다.
나이프-에지 필터(300)는 소정 폭의 복수의 스트라이프가 가로 세로 방향으로 소정 간격으로 배치되는 격자형으로 형성되며, 상기 나이프-에지 필터(300)의 스트라이프는 도 11에 도시되는 바와 같이 양 단부가 칼날 형상으로 형성되고, 상기 광원 격자로부터 상기 중성자 진행 방향으로 이격되어 배치된다.
도 12 및 도 13은 본 발명의 제2실시예에 따른 방사선 위상차 영상 장치에 채용되는 나이프-에지 필터(300)를 나타낸다.
본 발명에 의한 나이프-에지 필터(300)는 도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이 금속 격자(310)의 일면에 중성자 흡수물질(320)이 증착되어 흡수 격자 역할을 하게 된다. 중성자 흡수물질은 가돌리늄(Gd)이 바람직하며, 이빔(e-beam) 증착, 스프터 코팅, 또는 열증착 중 선택된 어느 하나 이상으로 형성되는 것이 바람직하다. 격자 상에 가돌리늄의 증착으로 격자 형상의 박막이 형성되고 이러한 가돌리늄 박막은 박막의 형성이 용이하며 박막의 두께가 균일하게 형성할 수 있다.
도시하지 않았지만, 본 발명의 제2실시예의 방사선 위상차 영상 장치에 채용되는 광원 격자(200)도 도 12 및 도 13에 도시한 나이프-에지 필터(300)와 동일하거나 유사하게 일면에 중성자 흡수물질을 증착될 수 있다.
즉, 본 발명에 따르면 제조 공정이 용이하고 흡수 격자의 균일성이 우수한 중성자 흡수 격자를 제공할 있는 장점이 있다. 도 12 및 도 13에는 가돌리늄이 검출기(CCD, 600)를 향하는 쪽에 증착되는 실시예가 도시되지만 중성자 흡수물질은 어느 쪽에 증착되어도 좋다.
나이프-에지 필터(300)는 시료(500)에서 굴절되는 중성자 빔을 직진하는 빔과 분리하는 역할을 하는 것으로, 필터로 작용하기 위해서는 중성자 빔이 집속되는 초점거리에 위치하여야 한다.
본 발명의 제2실시예에 따른 방사선 위상차 영상 장치의 동작을 설명한다.
중성자빔 광원(10N)은 파장(λ)이 4.33x10-10m인 냉 중성자가 방사되고, 광원 격자(200)는 격자 폭이 6.0㎛이고 격자와 격자 사이의 간격이 19.0㎛인 그물형 격자 형상으로 격자에 의해 생성되는 홀의 직경이 19.0㎛가 되고, 가로 세로 6.0㎛ 이격된 복수의 홀이 2차원으로 배치되는 핀홀 어레이 렌즈가 형성된다.
나이프 에지 필터(300)는 광원 격자(200)와 동일한 사양으로 격자형으로 형성하되, 단부는 도 11에 도시된 바와 같이 칼날형으로 형성한다. 나이프-에지 필터(300)는 핀홀 어레이 렌즈의 초점거리만큼 광원 격자(200)에서 이격된 위치에 배치되는 것이 바람직하다. 핀홀 렌즈의 초점거리(f)는 상기 제1실시예에서 이용된 수학식 1로 구할 수 있다.
따라서, 핀홀 직경이 19x10-6m, 중성자의 파장이 4.33x10-10m이면, 초점거리 f는 154.6mm이다.
그러므로, 나이프 에지 필터(300)는 광원 격자(200)로부터 154.6mm 이격된 위치에 배치한다.
상기와 같이 구성된 나이프-에지 필터(300)는 투과빔과 굴절빔을 여과, 시료(500)에 의해 굴절되는 중성자 빔을 나이프-에지 필터(300)가 직진하는 중성자 빔과 분리한다. 시료(500)와 나이프-에지 필터(300) 사이의 거리는 시료에 따라 다른 값으로 설정하지만 1 내지 5mm 범위에서 영상을 획득할 수 있다.
광변조 소자(400)는 입사되는 중성자빔을 가시광선 영역의 광으로 변환하는 단결정을 포함하는 것이 바람직하다. 광변조 소자(400)는 나이프-에지 필터(300)로부터 소정 거리에 고정되는 것이 바람직하고, 상기 거리는 2mm 내외가 바람직하다.
검출기(600)는 광변조 소자(400) 표면에 초점이 맞추어진 광학 현미경에 장착되는 것으로 CCD(charge coupled device)를 사용하는 것이 바람직하다. 검출기(600)는 입사되는 중성자의의 세기를 측정하고 이 데이터를 후처리하여 위상차 영상을 획득할 수 있다.
아래에서는 상기와 같이 중성자 빔 위상차 영상장치를 구성하고 시료(500)를 나이프-에지 필터(300) 앞에 위치시킨 다음 위상차 영상을 획득하는 방법의 개략적으로 설명한다.
광원 격자(200), 시료(500), 나이프-에지 필터(300)를 광축에 정렬시키되, 나이프-에지 필터(300)는 광원 격자(200)로부터 광원 격자의 핀홀의 초점거리만큼 이격시켜 배치하고, 시료를 광축 방향으로 미세하게 조정하여 검출기(600)에 나타난 영상이 선명해진 위치에 시료를 고정하고, 나이프-에지 필터(300)를 광축에서 빼낸 상태에서 흡수 영상(Iabs)을 컴퓨터에 저장한다.
나이프-에지 필터(300)를 광축에 원위치시킨 다음, 도 10의 x 축 방향과 y 축방향으로 필터(300)를 소정 간격 이동하며 각각의 영상을 검출기(CCD, 600)로 획득하여 저장한다. 1회 이동거리는 광원 격자 주기를 n으로 나눈 값이 되고, n은 이동회수가 된다. 이 과정에서 측정되는 강도 I+(x,y)는 나이프-에지 필터(300)의 이동방향에서 측정되는 강도이며 I-(x,y)는 나이프-에지 필터(300)의 이동방향의 반대쪽에서 측정되는 강도이다. 각각의 이동에 따른 강도 측정 시 이 두 값, I+(x,y)와 I-(x,y)가 동시에 검출기(600)에 관측되고 이 영상이 수치로 컴퓨터에 저장된다. 제2실시예에 따른 장치에서 1회 이동 거리는 광원 격자(200) 주기의 1/5인 3.8㎛가 되고, 총 25회의 측정값을 얻게 되고, 이는 실시예1과 마찬가지로 수학식 2로 표시할 수 있다.
또한 위상차 영상 역시 제1실시예와 마찬가지로 수학식 3에 따라 연산될 수 있다.
영상 후처리는 일반적인 차트 형식의 데이터를 처리하는 스프레드시트 프로그램으로 CCD 영상을 수치로 전환하여, 수학식 3에 의하여 영상화하여 최종 위상차영상을 얻을 수 있게 된다.

Claims (15)

  1. 방사선 위상차 영상 장치에 있어서,
    방사선 광원;
    복수의 스트라이프가 소정 간격으로 가로 세로 방향으로 배치되는 격자형으로 형성되어 상기 복수의 스트라이프의 교차에 의해 형성되는 복수 개의 홀을 포함하며, 상기 방사선 광원으로부터 상기 방사선의 진행 방향으로 이격되어 배치되는 광원 격자; 및
    양 단부가 칼날 형상인 스트라이프가 소정 간격으로 격자형으로 형성되며, 상기 광원 격자로부터 상기 방사선 진행 방향으로 이격되어 배치되는 나이프-에지필터;를 포함하는 방사선 위상차 영상 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 방사선은 엑스선인 방사선 위상차 영상 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 방사선은 중성자 빔인 방사선 위상차 영상 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 나이프-에지 필터는 일면에 엑스선 흡수 물질 또는 중성자 흡수물질이 증착된 것인 방사선 위상차 영상 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 광원 격자는 일면에 엑스선 흡수 물질 또는 중성자 흡수물질이 증착된 것인 방사선 위상차 영상 장치.
  6. 제 2 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 나이프-에지 필터는 상기 광원 격자로부터 상기 광원 격자의 상기 홀의 초점 거리(f)만큼 이격되어 배치되는 방사선 위상차 영상 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 초점 거리는
    Figure PCTKR2013002795-appb-I000011
    이며,
    여기서 d는 상기 광원 격자의 홀의 직경이고, f는 상기 홀에 의한 초점거리, λ는 상기 방사선의 파장인,
    방사선 위상차 영상장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 광원 격자의 상기 홀은 핀홀 렌즈인 방사선 위상차 영상장치.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 나이프-에지 필터는 상기 스트라이프의 교차에 의해 형성되는 다수개의 홀을 포함하며, 상기 홀은 2차원 구조인 방사선 위상차 영상장치.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 광원 격자의 스트라이프는 양 단부가 칼날형인, 방사선 위상차 영상장치.
  11. 방사선 광원, 소정 폭의 스트라이프가 소정 간격으로 가로 방향과 세로 방향으로 반복되어 격자형으로 형성되는 광원 격자, 단부가 칼날형인 소정 폭의 스트라이프가 가로 방향과 세로 방향으로 반복되어 격자형으로 형성된 나이프-에지 필터, 및 광 검출기가 방사선 광축 방향으로 정렬되는 방사선 위상차 영상장치의 방사선 위상차 영상 획득 방법으로서:
    상기 나이프 에지 필터와 상기 광원 격자 사이에 시료를 장착하고 시료를 광축 방향으로 미세 조정하는 단계;
    상기 나이프-에지 필터를 제거한 상태에서 상기 검출기에서 검출된 흡수 영상(Iabs)을 저장하는 단계;
    상기 나이프-에지 필터를 원위치시킨 후 상기 광축에 수직하는 x 축 및 y 축 방향으로 일정 간격 이동하며 상기 검출기에서 검출된 영상을 저장하는 단계;
    상기 흡수 영상을 수치화하고 상기 나이프 에지 필터를 이동하며 얻은 영상을 수치화한 후 데이터 처리하여 최종 영상을 획득하는 단계;를 포함하는 방사선 위상차 영상 획득 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 방사선은 엑스선 또는 중성자 빔인, 방사선 위상차 영상 획득 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 흡수 영상(Iabs)을 수치화하고 상기 나이프-에지 필터를 이동시켜 얻은 영상(
    Figure PCTKR2013002795-appb-I000012
    )을 수치화한 후,
    다음 관계식
    Figure PCTKR2013002795-appb-I000013
    에 의해 위상차 영상을 연산하는 것인, 방사선 위상차 영상 획득 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    암시야 영상은 다음 관계식
    Figure PCTKR2013002795-appb-I000014
    에 의해 획득하는 것인, 방사선 위상차 영상 획득 방법.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 나이프-에지 필터를 이동시켜 영상을 검출하는 단계는 x 방향 및 y 방향에서 각각 + 방향 또는 - 방향 중 하나의 방향으로 이동시키는 것인, 방사선 위상차 영상 획득 방법.
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