WO2019171920A1 - 放射線位相撮像装置 - Google Patents

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    • G01N2223/505Detectors scintillation

Definitions

  • the present invention relates to a technique for observing the internal structure of a sample with high sensitivity by utilizing the property of radiation transmitted through the sample (subject), for example, a wave in X-rays.
  • Radiation with high penetrating power such as X-rays
  • X-rays Radiation with high penetrating power
  • 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.
  • 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 organic materials.
  • a method for overcoming the above problem by using phase contrast is known.
  • a method using a transmission grating has been proposed.
  • the intensity pattern formed on the image detector by the radiation transmitted through the transmission grating and the subject that are appropriately arranged changes due to slight refraction and scattering of the radiation in the subject.
  • a contrast representing the structure of the subject can be obtained.
  • An absorption image corresponding to a conventional image, a refraction image indicating the magnitude of refraction of X-rays by the subject, and a scattered image showing the magnitude of scattering by the subject are generally generated by this method.
  • the grating period of the transmission grating to be used is fine, a detector is arranged at a position where the contrast of the intensity pattern appears strongly in consideration of the fractional Talbot effect due to the interference effect (in other words, diffraction effect) by the grating. Further, when the intensity pattern becomes so fine that it cannot be resolved directly by the image detector, a change in the intensity pattern can be visualized by arranging another transmission grating at that position and generating a moire pattern.
  • the first transmission grating is referred to as G1
  • the second transmission grating is referred to as G2.
  • the configuration consisting of G1 and G2 is called a Talbot interferometer.
  • the spatial coherence distance of the radiation irradiated to G1 is equal to or greater than the G1 period. This requires that the radiation waves are aligned (in other words, spatial coherence).
  • X-rays are satisfied by using synchrotron radiation or a microfocus X-ray source. .
  • the microfocus X-ray source is a radiation source that can be used in a laboratory, it is a special feature when considering practicality.
  • microfocus X-ray source since the output of the microfocus X-ray source is limited, an exposure time of several minutes to several tens of minutes is usually required.
  • a commonly used X-ray source has higher power than a microfocus X-ray source, but the spatial coherence necessary to operate the X-ray Talbot interferometer cannot be expected in the first place.
  • G0 a Talbot-Lau interferometer in which a third grating (hereinafter referred to as G0) is arranged in the vicinity of a general X-ray source is known.
  • G0 a third grating
  • the exposure time can be shortened, so that the photographing can be greatly speeded up.
  • G0 is always used because spatial coherence cannot be expected from neutron sources.
  • G0 and G2 need to be amplitude type lattices. That is, the grating member that blocks radiation needs to be sufficiently thick, and as a result, formation of a high aspect ratio structure is required for G0 and G2. Particularly for G2, the area affects the field of view, so a high aspect ratio structure must be formed with as large an area as possible. In addition, higher energy X-rays are required for imaging of thick subjects, but the grating aspect ratio required for this purpose must be greater. Such a grating is not easy to manufacture, which is a challenge in the development of the technology.
  • the radiation supplied radially from the radiation source
  • the path of the radiation and the grating member are at the edge of the grating.
  • the problem arises that radiation is not parallel and radiation cannot pass through the grating.
  • the grating it is also necessary for the grating to have a curved shape in which the radiation source is the center of curvature.
  • a Lau interferometer in which G0 and G1 are both placed near the radiation source and G2 is omitted (see Patent Document 1 below).
  • G0 and G1 are arranged near the apex of the radiation cone beam, the area of these gratings may not be large.
  • G1 may be a phase grating, and the thickness of the pattern can be significantly thinner than the pattern thickness of the amplitude grating.
  • the fringe scanning method is applied for this purpose, assuming that the subject is stationary within the field of view.
  • the fringe scanning method is a method in which one of the gratings is translated in the periodic direction, a plurality of intensity patterns or moire images are taken, and image calculation is performed.
  • a single lattice is photographed while being translated by 1 / M of its period d, and this is repeated M times to acquire M images and use them for image calculation.
  • M is an integer of 3 or more.
  • phase imaging such an image generation method using phase contrast is referred to as phase imaging.
  • Patent Document 2 As a technique that enables imaging similar to the above for the subject moving on the belt conveyor, the following Patent Document 2 is proposed. This enables phase imaging that does not require grating translation. Specifically, this technique uses moiré caused by distortion or slight inclination of the grating itself, creates a situation where moiré fringes are generated in the field of view, and moves the subject to the fringe scanning method. This is a method of sampling necessary data.
  • the Lau interferometer having a configuration in which the amplitude grating G2 is omitted has been described above.
  • a method using a structured X-ray source is disclosed in a prior document (Patent Document 3 below).
  • Patent Document 3 X-rays are generated by irradiating a metal target with an excitation beam such as an electron beam.
  • the X-ray generation site itself can be patterned by forming a desired pattern on the metal target, and the G0 function can be exhibited in this pattern.
  • An object of the present invention is to provide a technique capable of inspecting a relatively large structure with high sensitivity.
  • the present invention can be expressed as an invention described in the following items.
  • a drive unit, a radiation source unit, and a detection unit includes a first arm and a second arm, The first arm and the second arm are disposed in a state where a space in which a subject can be disposed is formed between the first arm and the second arm, The radiation source part is attached to the first arm;
  • the radiation source section includes a radiation source that generates radiation and a G1 grating that transmits the radiation.
  • the detection unit is attached to the second arm, And the detection unit is configured to acquire an image of the radiation that has passed through the G1 lattice and the subject, Furthermore, the first arm and the second arm are configured to be able to move the radiation source unit and the detection unit in a three-dimensional space.
  • (Item 2) The radiation phase imaging apparatus according to Item 1, wherein a structured radiation source having a periodically arranged target member is used as the radiation source.
  • the detection unit includes an image detector and a G2 lattice, The radiation phase imaging apparatus according to any one of items 1 to 3, wherein the image detector is configured to acquire an image of the radiation that has passed through the G1 lattice, the subject, and the G2 lattice.
  • the detection unit includes an image detector and a structured scintillator, The item according to any one of items 1 to 3, wherein the image detector is configured to acquire an image of the radiation that has passed through the G1 lattice and the subject and is incident on the structured scintillator. Radiation phase imaging device.
  • the first arm and the second arm are configured such that both or one of the radiation source unit and the detection unit is predetermined in a three-dimensional space while maintaining a relative positional relationship between the radiation source unit and the detection unit.
  • the radiation phase imaging apparatus according to any one of items 1 to 6, wherein the radiation phase imaging apparatus is configured to be capable of being moved along a movement trajectory.
  • the radiation source unit and the detection unit are configured to perform imaging while both or one of the radiation source unit and the detection unit moves along the movement locus. Radiation phase imaging device.
  • the present invention it is possible to perform a high-sensitivity image inspection without requiring a large grid, even if the structure is relatively large or the structure is in the same posture.
  • imaging apparatus hereinafter also referred to as “imaging apparatus” or simply “apparatus”
  • imaging apparatus a radiation phase imaging apparatus (hereinafter also referred to as “imaging apparatus” or simply “apparatus”) according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
  • the imaging apparatus includes a drive unit 1, a radiation source unit 2, and a detection unit 3. Furthermore, this apparatus is provided with a transport unit 4 as an additional element.
  • the drive unit 1 includes a first robot arm 11 and a second robot arm 12.
  • the first robot arm 11 and the second robot arm 12 are disposed in a state in which a space in which the subject 10 can be disposed is formed therebetween.
  • the first robot arm 11 and the second robot arm 12 correspond to specific examples of the first arm and the second arm in the present invention.
  • first robot arm 11 and the second robot arm 12 are configured to be able to move the radiation source unit 2 and the detection unit 3 in a three-dimensional space.
  • first robot arm 11 and the second robot arm 12 of the present example maintain the relative positional relationship between the radiation source unit 2 and the detection unit 3, and Both or one of them can be moved along a predetermined movement locus in the three-dimensional space.
  • the radiation source unit 2 is attached to the first robot arm 11.
  • the radiation source unit 2 includes a radiation source 21 that generates radiation, a G1 lattice 22 that transmits radiation, and a vacuum vessel 23 that houses the radiation source 21 (see FIG. 2).
  • the radiation source 21 of this embodiment includes a substrate 211 disposed inside the vacuum vessel 23, a target member 212 (see FIG. 3) periodically disposed on the substrate 211, and an electron source 213.
  • a substrate 211 disposed inside the vacuum vessel 23, a target member 212 (see FIG. 3) periodically disposed on the substrate 211, and an electron source 213.
  • a diamond substrate is used as the substrate 211, but the substrate 211 is not limited thereto.
  • tungsten is used as the target member 212, but the target member 212 is not limited thereto.
  • the radiation source 21 of the present embodiment is a so-called structured radiation source. That is, the radiation source 21 itself has a function of a normal G0 lattice. Thereby, the installation of the G0 lattice can be omitted.
  • the electron source 213 is configured to irradiate the electron beam 214 toward the target member 212 to generate radiation (here, X-rays) 100.
  • radiation here, X-rays
  • the G1 lattice 22 is installed at a position where the radiation 100 passes inside or outside the vacuum vessel 23.
  • the G1 grating 22 is generally installed through a precision stage that can be controlled from the outside as appropriate.
  • the G1 lattice 22 is directly integrated with the vacuum vessel 23 to reduce the weight.
  • the G1 lattice 22 can be directly formed on a window (beryllium window, diamond window, etc.) for extracting radiation (here, X-rays) from the vacuum vessel 23.
  • the G1 lattice 22 is created using the window as a substrate, and this window is attached to the vacuum vessel 23, whereby the G1 lattice 22 and the target member 212 (structured X-ray source) are integrated via the vacuum vessel 23. be able to.
  • a phase type grating is usually used, but an absorption type grating can also be used.
  • the detection unit 3 is attached to the second robot arm 12.
  • the detection unit 3 according to the present embodiment includes an image detector 31.
  • the image detector 31 is configured to acquire an image of radiation that has passed through the G1 lattice 22 and the subject 10.
  • the detection unit 3 has a configuration in which pixels are arranged two-dimensionally in the vertical and horizontal directions, and is configured to detect, for each pixel, the radiation that passes through the G1 lattice 22.
  • the detection unit 3 can acquire a moving image at a predetermined frame rate.
  • the radiation source unit 2 and the detection unit 3 are configured such that, for example, imaging according to Patent Document 2 can be executed while both or one of the radiation source unit 2 and the detection unit 3 moves along the movement locus. ing.
  • Patent Document 2 there is a step of measuring in advance the shape of a moire image generated by the apparatus itself without a subject by a fringe scanning method with lattice translation.
  • the image detector 31 detects a self image by the G1 lattice 22.
  • the self-image has a fine stripe pattern, and a moiré image measurement process is performed by processing this with a Fourier transform method. Since the Fourier transform method mentioned here is described in, for example, Non-Patent Document 1 described above, further explanation is omitted.
  • the transport unit 4 is configured to be able to transport the subject 10 to a predetermined position.
  • the transport unit 4 includes a conveyor that can control the movement position and movement speed of the subject 10.
  • d 0 pitch of the target member (pitch of the structured radiation source)
  • d 1 Pitch of the G1 grating 22
  • a Distance between the G1 grating and the target member
  • b Distance between the G1 grating and the image detector
  • Wavelength of radiation (X-ray) at which the interferometer configuration is optimal
  • D Period of the grating
  • p is a half integer in this case. If the radiation used is, for example, continuous X-rays, ⁇ can be approximated by its center wavelength.
  • the subject 10 is disposed by the transport unit 4 between the first robot arm 11 and the second robot arm 12.
  • the electron beam 214 is irradiated from the electron source 213 of the radiation source section 2 to the target member 212 (see FIG. 3), and the G1 lattice 22 is irradiated with the radiation 100 (see FIG. 2).
  • the radiation transmitted through the G1 grating 22 passes through the subject 10 and is detected by the image detector 31 of the detection unit 3. Thereby, in this embodiment, the intensity distribution image of radiation can be acquired.
  • the robot arms 11 and 12 are moved so that the radiation 100 scans relative to the subject 10. Such scanning can be performed by moving the subject 10.
  • the radiation source unit 2 and the detection unit 3 are used. And the positional relationship between the subject 10 and the subject 10 are changed.
  • these examples are merely illustrative and are not limited thereto.
  • the radiation source unit 2 and the detection unit 3 are moved in parallel in the same direction.
  • the radiation source unit 2 is rotated, and the detection unit 3 is revolved around the radiation source unit 2 in accordance with the rotation angle.
  • the radiation source unit 2 and the detection unit 3 are rotated in the same direction around the subject 10.
  • the radiation source unit 2 and the detection unit 3 are moved synchronously so as to meander in accordance with the curved shape of the subject 10.
  • the radiation source unit 2 and the detection unit 3 satisfy the above-described positional relationship (that is, the establishment condition) at the time of imaging.
  • the positional relationship between the radiation source unit 2 and the detection unit 3 can be appropriately set according to the situation of the subject 10. Therefore, for example, when the subject 10 is large, instead of moving the subject 10, the radiation source unit 2 and the detection unit 3 can be moved to arbitrary positions so that shooting can be performed quickly.
  • This also has the advantage that the moving mechanism for moving the subject 10 can be simplified. Furthermore, there is an advantage that a large subject 10 can be photographed without using a large lattice.
  • the image detector 31 of the present embodiment is configured to acquire an image of radiation that has passed through the G1 lattice 22, the subject 10, and the G2 lattice 32.
  • the image detector 31 and the G2 grating 32 in the second embodiment are integrated inside the detection unit 3.
  • the positional relationship satisfies the following conditions. That is, the pixel size of the image detector 31 is large to some extent.
  • the conditions of the expressions (4) and (5) are satisfied instead of the condition of the expression (3).
  • b is the distance from the G1 lattice 22 to the G2 lattice 32 (see FIG. 9). Further, the G2 grating 32 and the image detector 31 may be separated from each other.
  • a fringe scanning method is performed in which the detection unit 3 is relatively translated with respect to the radiation source unit 2.
  • the translation direction is the direction of the period of the G2 grating 32 while maintaining the distance between the radiation source unit 2 and the detection unit 3.
  • the amount of translation required to implement the fringe scanning method is equivalent to the period of the G2 grating 32, and the size thereof is smaller than the pixel size of the image detector 31 (formula (4)). Therefore, this translation is not particularly problematic.
  • a fringe scanning method by translation of the G1 lattice 22 may be performed.
  • detection is performed on the radiation source unit 2.
  • a fine rotational moire is generated by tilting the portion 3 relatively.
  • the detection unit 3 includes the G2 lattice 32.
  • the detection unit 3 includes the structured scintillator 33 having the pitch d 2 instead of the G2 lattice 32.
  • the structured scintillator 33 is configured such that the scintillators are periodically and discretely arranged, and only radiation (for example, X-rays) incident on the scintillator emits light that can be detected by the image detector 31. ing.
  • a film for example, a film for preventing the problem that the light generated by the input of radiation reaches not only the pixel immediately below it but also the surrounding pixels and as a result the image contrast is lowered
  • a metal film (not shown) is formed.
  • b is the distance from the G1 lattice 22 to the structured scintillator 33.
  • the image detector 31 in the third embodiment is configured to acquire an image of radiation that has passed through the G1 lattice 22 and the subject 10 and has entered the structured scintillator 33.
  • this embodiment has an advantage that the installation of the G2 lattice can be omitted.
  • Patent Document 2 The method for performing processing according to Patent Document 2 is the same as that described in the second embodiment.
  • the G2 grating 32 or the structured scintillator 33 is finely moved by predetermined steps with respect to the image detector 31 (that is, with respect to radiation) by a fine movement mechanism (not shown).
  • a fine movement mechanism (not shown).
  • the fringe scanning method which is the premise of the procedure of Patent Document 2 can be implemented.
  • the period of the G2 grating 32 or the structured scintillator 33 can be set to be considerably larger than the period of the G1 grating 22. Therefore, with this configuration, the accuracy and stability of the fine movement mechanism are much more advantageous than providing the fine movement mechanism on the radiation source unit 2 side.
  • the first arm and the second arm are each constituted by a robot arm.
  • the first arm and the second arm can be integrated to form a substantially C-shape as a whole. That is, one end of the so-called C-arm can be used as the first arm, and the other end can be used as the second arm.
  • an X-ray source is used as the radiation source unit, but other radiation that is transmissive to the sample, for example, a neutron source can be used.
  • a detector that can detect the radiation to be used is used.
  • the image generation unit and its components need only exist as functional blocks and do not have to exist as independent hardware.
  • a mounting method hardware or computer software may be used.
  • one functional element in the present invention may be realized by a set of a plurality of functional elements, and a plurality of functional elements in the present invention may be realized by one functional element.
  • the functional elements may be arranged at physically separated positions.
  • the functional elements may be connected by a network. It is also possible to realize functions or configure functional elements by grid computing or cloud computing.

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Abstract

本発明は、比較的大きい構造体であっても高感度で検査できる技術を提供するためのものである。第1アーム11と第2アーム12とは、両者の間に被写体10を配置できる空間を形成した状態で配置される。線源部2は、第1アーム11に取り付けられる。線源部2は、放射線を発生する線源と、放射線を透過させるG1格子とを備える。検出部3は、第2アーム12に取り付けられる。検出部3は、G1格子と被写体10とを通過した放射線の画像を取得する。第1アーム11及び第2アーム12は、線源部2と検出部3とを、三次元空間内において移動させることができる。

Description

放射線位相撮像装置
 本発明は、試料(被写体)を透過した放射線、例えばX線における波としての性質を利用して試料の内部構造を高感度で観察するための技術に関するものである。
 透過力が高い放射線、例えばX線は、物体内部を透視するためのプローブとして、医用画像診断、非破壊検査、セキュリティチェックなどにおいて、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、生体軟部組織や有機材料などに対しては、十分な感度を得ることができない。
 一方、位相コントラストを利用することにより、上記の問題を克服する方法が知られている。X線や中性子線などの放射線の位相コントラスト法を利用した高感度撮像法を実現するアプローチとして、透過格子を用いる方法が提案されている。適宜配置されている透過格子と被検体とを透過した放射線が画像検出器上で形成する強度パターンは、被検体における僅かな放射線の屈折や散乱によって変化する。この現象を通じ、被検体の構造を表すコントラストを得ることができる。従来の画像に対応する吸収画像、被検体によるX線の屈折の大小を示す屈折画像、および、被検体による散乱の大小を示す散乱画像がこの方法により一般的に生成される。
 使用する透過格子の格子周期が微細な場合は、格子による干渉効果(言い換えれば回折効果)による分数Talbot効果を考慮して、上記強度パターンのコントラストが強く現れる位置に検出器が配置される。また、上記強度パターンが直接画像検出器で解像できないほど細かくなる場合は、その位置にもう一枚の透過格子を配置し、モアレ模様を生成させることにより強度パターンの変化を可視化できる。なお、以降、最初の透過格子をG1、第二の透過格子をG2と称する。G1とG2からなる構成はTalbot干渉計と呼ばれる。
 Talbot干渉計を動作させるには、G1に照射する放射線の空間的可干渉距離が、G1周期と同等かそれ以上であることが望ましい。これは、放射線の波が揃っていること(言い換えれば、空間的干渉性のあること)を要求するものであり、たとえばX線ではシンクロトロン放射光やマイクロフォーカスX線源を使うことにより満たされる。特に、マイクロフォーカスX線源は実験室で使用できる線源であるので、実用性を考える際には特筆される点である。
 しかし、マイクロフォーカスX線源の出力は限られているので、通常は数分から数十分の露光時間が必要となる。一般的に使われているX線源はマイクロフォーカスX線源よりハイパワーであるが、そもそもX線Talbot干渉計を動作させるために必要な空間的可干渉性が望めない。
 そこで、第3の格子(以降、G0)を一般的なX線源の近傍に配置するTalbot-Lau干渉計が知られている。これにより、露光時間を短縮できるので、撮影を大幅に高速化できる。放射線として中性子線を用いる場合は、現状では中性子線源に空間的干渉性が望めないため、常にG0が使われる。
 G0とG2は振幅型の格子である必要がある。すなわち、放射線を遮る格子部材は十分に厚い必要があり、その結果、高アスペクト比構造形成がG0とG2に求められる。特にG2に対しては、その面積が撮影視野を左右するので、できるだけ大面積で高アスペクト比構造を形成しなければならない。加えて、厚い被検体の撮影にはより高エネルギーのX線が必要となるが、そのために必要な格子のアスペクト比はより大きなものでなければならない。そのような格子の製作は容易ではなく、これが当該技術発展における課題となっている。
 また、線源から放射状に供給される放射線(いわゆるコーンビームの放射線)を用いる際、上記高アスペクト比格子が平板面に形成されていると、格子の端においては、放射線の経路と格子部材が平行ではなくなり、放射線が格子を通過できなくなるという問題が発生する。それを避けるためには、線源が曲率中心となるような湾曲形状を格子が有することも必要となる。
 こうした困難を克服するために、G0とG1を共に放射線源近くに配置し、G2を省略するLau干渉計が知られている(下記特許文献1参照)。この構成によれば、放射線コーンビームの頂点近くにG0とG1が配置されることになるので、これらの格子の面積は大きくなくてもよい。なお、G1は位相格子でよく、そのパターンの厚さは振幅格子のパターン厚より大幅に薄くできる。
 いずれの構成の場合であっても、画像検出器により記録される強度パターンあるいはモアレ画像を直接利用することは稀であり、記録される画像をコンピュータで所定の手続きにより処理し、吸収画像、屈折画像、および、散乱画像などが生成され、利用される。多くの方法では、被検体が視野内で静止していることを前提に、縞走査法がこの目的のために適用される。縞走査法とは、格子のひとつをその周期方向に並進させ、複数の強度パターンあるいはモアレ画像を撮影し、画像演算する方法である。具体的な例としては、一つの格子をその周期dの1/Mだけ並進させて撮影し、これをM回繰り返して、M枚の画像が取得され画像演算に供される。Mは3以上の整数である。以降、位相コントラストを利用したこのような画像生成手法を位相イメージングと称する。
 また、ベルトコンベア上を移動する被検体について上記と同様の撮影を可能とする手法として、下記特許文献2のものが提案されている。これによれば、格子並進を必要としない位相イメージングが可能になる。具体的には、この技術は、格子自体の歪やわずかな傾きにより生ずるモアレを利用し、撮影視野にモアレ縞が生じている状況を作り、被検体にそこを移動させることによって縞走査法に必要なデータをサンプリングする方法である。
 振幅格子G2を省略する構成であるLau干渉計について上で触れたが、もう一つの振幅格子であるG0を省略するために、構造化X線源を用いる方法が、先行文献(下記特許文献3~5参照)に記述されている。一般に、X線は金属ターゲットに電子線などの励起ビームを照射して生成される。構造化X線源を用いる方法では、金属ターゲットに所望のパターンを形成することによって、X線発生部位自体をパターン化させることができ、このパターンにG0の機能を発揮させることができる。
特許第5601909号公報 特開2017-044603号公報 特許第5158699号号公報 特開2015-47306号公報 米国特許第9719947号公報
A. Momose et al., Opt. Express 17 (2009) 12540.
 ところで、被写体(被検体)が大型である場合、格子(特にG2格子)を大型化する必要があり、装置コストや維持コストが増加するという問題がある。また、被写体を移動させる技術によれば、被写体の所望個所を撮影できるが、大型の被写体を移動させる移動機構を設置することは、装置コストや維持コストを増大させるという問題がある。
 本発明は、前記した状況に基づいてなされたものである。本発明は、比較的大きい構造体を高感度で検査できる技術を提供することを目的としている。
 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)
 駆動部と、線源部と、検出部とを備えており、
 前記駆動部は、第1アームと第2アームとを備えており、
 前記第1アームと第2アームとは、両者の間に被写体を配置できる空間を形成した状態で配置されており、
 前記線源部は、前記第1アームに取り付けられており、
 かつ、前記線源部は、放射線を発生する線源と、前記放射線を透過させるG1格子とを備えており、
 前記検出部は、前記第2アームに取り付けられており、
 かつ、前記検出部は、前記G1格子と前記被写体とを通過した前記放射線の画像を取得する構成となっており、
 さらに、前記第1アーム及び前記第2アームは、前記線源部と前記検出部とを、三次元空間内において移動させることができる構成となっている
 ことを特徴とする放射線位相撮像装置。
 (項目2)
 前記線源としては、周期的に配置されたターゲット部材を有する構造化線源が用いられている
 項目1に記載の放射線位相撮像装置。
 (項目3)
 前記構造化線源と前記G1格子とは、前記線源部内において一体化されている
 項目2に記載の放射線位相撮像装置。
 (項目4)
 前記検出部は、画像検出器と、G2格子とを備えており、
 前記画像検出器は、前記G1格子と前記被写体と前記G2格子とを通過した前記放射線の画像を取得する構成となっている
 項目1から3のいずれか1項に記載の放射線位相撮像装置。
 (項目5)
 前記画像検出器と前記G2格子とは、前記検出部内において一体化されている
 項目4に記載の放射線位相撮像装置。
 (項目6)
 前記検出部は、画像検出器と、構造化シンチレータとを備えており、
 前記画像検出器は、前記G1格子と前記被写体とを通過し、かつ、前記構造化シンチレータに入射した前記放射線の画像を取得する構成となっている
 項目1~3のいずれか1項に記載の放射線位相撮像装置。
 (項目7)
 前記第1アーム及び前記第2アームは、前記線源部と前記検出部との相対的位置関係を保持したまま、前記線源部と前記検出部との両方又は一方を三次元空間内において所定の移動軌跡に沿って移動させることができる構成となっている
 項目1~6のいずれか1項に記載の放射線位相撮像装置。
 (項目8)
 前記線源部と前記検出部とは、前記線源部と前記検出部との両方又は一方が前記移動軌跡に沿って移動しながら撮影を実行することができる構成となっている
 項目7に記載の放射線位相撮像装置。
 (項目9)
 前記第1アーム及び前記第2アームは、それぞれ、ロボットアームにより構成されている
 項目1~8のいずれか1項に記載の放射線位相撮像装置。
 (項目10)
 前記第1アーム及び前記第2アームは、一体化されており、全体として略C字状に形成されている
 項目1~8のいずれか1項に記載の放射線位相撮像装置。
 本発明によれば、比較的大きい構造体であっても、また、構造体がそのままの姿勢であっても、大型の格子を必要とせずに、高感度の画像検査を行うことができる。
本発明の第1実施形態に係る放射線位相撮像装置の概略的な構成を示す説明図である。 図1の装置に用いられる線源部の概略的な構成を示す説明図である。 図2の線源部に用いられる構造化ターゲットと格子とを概略的に示す斜視図である。 図1の装置における各部材の位置関係を模式的に示す説明図である。 図1の装置における駆動部と線源部の移動パターンの一例を示す説明図である。 図1の装置における駆動部と線源部の移動パターンの一例を示す説明図である。 図1の装置における駆動部と線源部の移動パターンの一例を示す説明図である。 図1の装置における駆動部と線源部の移動パターンの一例を示す説明図である。 本発明の第2実施形態に係る放射線位相撮像装置において用いられる各部材の位置関係を模式的に示す説明図である。 本発明の第3実施形態に係る放射線位相撮像装置において用いられる各部材の位置関係を模式的に示す説明図である。
 以下、本発明の第1実施形態に係る放射線位相撮像装置(以下「撮像装置」又は単に「装置」ということがある)を、図1~図8を参照しながら説明する。
 (第1実施形態の構成)
 本実施形態に係る撮像装置は、駆動部1と、線源部2と、検出部3とを備えている。さらにこの装置は、搬送部4を追加的な要素として備えている。
 (駆動部)
 駆動部1は、第1ロボットアーム11と第2ロボットアーム12とを備えている。第1ロボットアーム11と第2ロボットアーム12とは、両者の間に被写体10を配置できる空間を形成した状態で配置されている。ここで、第1ロボットアーム11及び第2ロボットアーム12は、本発明における第1アーム及び第2アームの具体例に対応する。
 さらに、第1ロボットアーム11及び第2ロボットアーム12は、線源部2と検出部3とを、三次元空間内において移動させることができる構成となっている。
 より具体的には、本例の第1ロボットアーム11及び第2ロボットアーム12は、線源部2と検出部3との相対的位置関係を保持したまま、線源部2と検出部3との両方又は一方を三次元空間内において所定の移動軌跡に沿って移動させることができる構成となっている。
 (線源部)
 線源部2は、第1ロボットアーム11に取り付けられている。線源部2は、放射線を発生する線源21と、放射線を透過させるG1格子22と、線源21を内部に収容する真空容器23を備えている(図2参照)。
 本実施形態の線源21は、真空容器23の内部に配置された基板211と、この基板211に周期的に配置されたターゲット部材212(図3参照)と、電子源213とを有している。基板211としては、例えばダイアモンド基板が用いられているが、これには制約されない。ターゲット部材212としては、例えばタングステンが用いられているが、これには制約されない。
 周期的に配置されたターゲット部材212を有することにより、本実施形態の線源21は、いわゆる構造化線源とされている。つまり、通常のG0格子の機能を線源21自体が持つ構成となっている。これにより、G0格子の設置を省略できる。
 電子源213は、ターゲット部材212に向けて電子線214を照射して放射線(ここではX線)100を発生させる構成となっている。ただし、電子源213に代えて、レーザを用いてX線を励起することも可能である。
 G1格子22は、真空容器23内またはその外側において、放射線100が通過する位置に設置される。G1格子22はG0格子(ここでは構造化X線源のターゲット部材212)との相対的な位置関係を調整するために、適宜外部より制御可能な精密ステージを介して設置するのが一般的であるが、本実施例ではG1格子22を真空容器23に直接一体化し、軽量化を図る。具体的には、G1格子22を、真空容器23から放射線(ここではX線)を取り出す窓(ベリリウム窓やダイアモンド窓など)に直接形成することができる。つまり、窓を基板としてG1格子22を作成して真空容器23にこの窓を取り付けることにより、G1格子22とターゲット部材212(構造化X線源)とを、真空容器23を介して一体化することができる。
 G1格子22としては、通常は位相型格子が用いられるが、吸収型格子とすることも可能である。
 (検出部)
 検出部3は、第2ロボットアーム12に取り付けられている。本実施形態の検出部3は、画像検出器31を備えている。この画像検出器31は、G1格子22と被写体10とを通過した放射線の画像を取得する構成となっている。
 より詳しくは、検出部3は、縦横二次元的に画素を並べた構成を持ち、G1格子22を通過して到達する放射線を画素ごとに検出する構成となっている。また、検出部3は、所定のフレームレートでの動画像を取得できるものである。
 線源部2と検出部3とは、線源部2と検出部3との両方又は一方が移動軌跡に沿って移動しながら、例えば特許文献2に準ずる撮影を実行することができる構成となっている。特許文献2では、格子並進を伴う縞走査法により、装置自体が生成しているモアレ画像の形状を被写体なしの状態で事前に計測するステップを有している。しかしながら、本実施例では、G1格子22に並進機構を設けていないので、別の方法で同じ機能を果たす。具体的には、画像検出器31はG1格子22による自己像を検出する。自己像は細かい縞模様となっており、これをフーリエ変換法で処理することにより、モアレ画像の計測処理を行う。ここで言うフーリエ変換法については、例えば前記した非特許文献1に記載があるので、これ以上の説明は省略する。
 (搬送部)
 搬送部4は、被写体10を所定の位置まで搬送できる構成となっており、例えば、被写体10の移動位置や移動速度を制御可能なコンベアにより構成される。
 (本実施形態の成立条件)
 前記した本実施形態では、下記の条件を満たすものとする。ただしこの明細書において、「条件を満たす」とは、数学的に厳密な意味ではなく、実用上の支障がない程度に条件を満たしていればよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 ここで、
:ターゲット部材のピッチ(構造化線源のピッチ)
:G1格子22のピッチ
a:G1格子とターゲット部材との距離
b:G1格子と画像検出器との距離
λ:干渉計構成が最適となる放射線(X線)の波長
D:格子の周期方向における、画像検出器の画素サイズ
p:Talbot次数
である(図4参照)。pについては、ここではG1格子として?/2位相格子を用いることを前提とし、その場合半整数である。用いる放射線が例えば連続X線の場合、λはその中心波長で近似できる。
 前記条件を満たすとき、Lau干渉計構成が可能となり、したがって、G2格子を省略することができる。
 (本実施形態の動作)
 本実施形態では、第1ロボットアーム11と第2ロボットアーム12との間に被写体10を搬送部4により配置する。ついで、線源部2の電子源213からターゲット部材212(図3参照)に電子線214を照射し、放射線100をG1格子22に照射する(図2参照)。G1格子22を透過した放射線は、被写体10を通過して、検出部3の画像検出器31により検出される。これにより、本実施形態では、放射線の強度分布画像を取得することができる。
 また、本実施形態では、被写体10に対して放射線100が相対的に走査するように、ロボットアーム11及び12を動かす。被写体10を動かすことによりこのような走査を行うことも可能である。
 より具体的には、本実施形態では、駆動部1の第1ロボットアーム11と第2ロボットアーム12とを用いて、図5~図8に示されるように、線源部2と検出部3と被写体10との位置関係を変化させる。ただしこれらの例は例示に過ぎず、これらには制約されない。
 図5の例では、線源部2と検出部3とを同じ方向に平行に移動させている。図6の例では、線源部2を自転させ、その回転角度に応じて、線源部2を中心として検出部3を公転させている。図7の例では、被写体10を中心として、線源部2と検出部3とを同じ方向に回転させている。図8の例では、被写体10の湾曲形状に合わせて、線源部2と検出部3とを蛇行するように同期して移動させている。ここで、線源部2と検出部3とは、撮影時には、前記した位置関係(すなわち成立条件)を満たしている。
 特許文献2に準じた放射線位相像の計測を行うためには、既述したように、本実施例ではフーリエ変換法を事前に用いる。その後は、被写体10と線源部2又は検出部3とを相対移動させることにより、放射線位相像を撮影できる。その手順については、特許文献2と基本的に同様なので、これ以上詳しい説明は省略する。
 本実施形態によれば、被写体10の状況に応じて、線源部2と検出部3との位置関係を適切に設定することができる。したがって、例えば、被写体10が大型である場合、被写体10を移動させる代わりに、線源部2と検出部3とを任意の位置に移動させることにより、迅速に撮影を行うことができる。また、これにより、被写体10を移動させるための移動機構を簡素化できるという利点もある。さらに、大型の格子を用いなくても、大型の被写体10を撮影することができるという利点もある。
 (変形例1)
 前記した第1実施形態では、フーリエ変換法を採用して特許文献2に準じた処理を行った。G1格子22をピエゾステージなどの微動機構を介して線源21に設置することにより、特許文献2の手順どおり、G1格子22を所定ステップずつ微動させる縞走査法を実施することも可能である。線源部2の構成要素が増えて、重量も増加するデメリットはあるが、フーリエ変換法よりも高い空間分解能が保証されるメリットが期待できる。
 (第2実施形態)
 次に、本発明の第2実施形態に係る撮像装置を、図9を主に参照しながら説明する。この第2実施形態の説明においては、前記した第1実施形態と基本的に共通する要素については、同一符号を用いることにより、説明の重複を避ける。
 前記した第1実施形態においては、G2格子を省略したLau干渉計構成を用いていた。これに対して、第2実施形態においては、検出部3が、ピッチdを持つG2格子32を備えている。したがって、本実施形態の画像検出器31は、G1格子22と被写体10とG2格子32とを通過した放射線の画像を取得する構成となっている。この第2実施形態における画像検出器31とG2格子32とは、検出部3の内部において一体化されている。
 また、第2実施形態では、下記条件を満たす位置関係となっている。すなわち、画像検出器31の画素サイズがある程度大きいものとなっている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
 つまり、この第実施形態では、式(3)の条件に代えて、式(4)及び(5)の条件を満たしている。ただし、ここでbは、G1格子22からG2格子32までの距離である(図9参照)。また、G2格子32と画像検出器31とは離間していてもよい。
 ここで、G2格子32としては吸収格子が用いられるので、格子の厚さを厚くする必要がある。この第2実施形態では、d>>d,dであるので、厚いG2格子32の製作を容易とすることができるという利点がある。
 本実施例において、特許文献2に準じた処理を行う際には、線源部2に対して検出部3を相対的に並進させる縞走査法を実施する。並進の方向は、線源部2と検出部3との距離を保ち、G2格子32の周期の方向である。縞走査法の実施に必要な並進量は、G2格子32の周期相当であり、その大きさは、画像検出器31の画素サイズより小さい(式(4))。したがって、この並進が特に問題となることはない。
 前記した変形例1と同様の微動機構を搭載している場合は、G1格子22の並進による縞走査法を実施してもよい。なお、本実施例では、G1格子22の自己像が解像できない条件下のものであるので、第1実施形態で述べたフーリエ変換法を適用する場合には、線源部2に対して検出部3を相対的に傾けることにより細かい回転モアレを発生させる。
 第2実施形態における前記以外の構成及び利点については、前記した第1実施形態と基本的に同様なので、これ以上詳しい説明は省略する。
 (第3実施形態)
 次に、本発明の第3実施形態に係る撮像装置を、図10を主に参照しながら説明する。この第3実施形態の説明においては、前記した第2実施形態と基本的に共通する要素については、同一符号を用いることにより、説明の重複を避ける。
 前記した第2実施形態においては、検出部3がG2格子32を備えるものとした。これに対して、この第3実施形態では、G2格子32に代えて、ピッチdを持つ構造化シンチレータ33を検出部3が備えるものとした。構造化シンチレータ33は、シンチレータが周期的にかつ離散的に配置されたものであり、シンチレータに入射した放射線(例えばX線)のみが、画像検出器31で検出可能な光を発するように構成されている。また、構造化シンチレータの側面には、放射線の入力により発生した光がその直下の画素だけではなく、その周辺の画素に到達し、その結果として画像コントラストが低下する問題を防ぐための膜(例えば金属膜。図示省略)が形成されている。さらに、ここでbは、G1格子22から構造化シンチレータ33までの距離である。
 第3実施形態における画像検出器31は、G1格子22と被写体10とを通過し、かつ、構造化シンチレータ33に入射した放射線の画像を取得するように構成されている。この構成により、この実施形態では、G2格子の設置を省略できるという利点がある。
 特許文献2に準じた処理を行う際の方法については、第2実施形態における記述と同様である。
 第3実施形態における前記以外の構成及び利点については、前記した第2実施形態と基本的に同様なので、これ以上詳しい説明は省略する。
 (変形例2)
 前記した第2及び第3実施形態において、G2格子32あるいは構造化シンチレータ33を、微動機構(図示せず)により、画像検出器31に対して(つまり放射線に対して)、所定ステップずつ微動させる構成とすることも可能である。この場合も、特許文献2の手順の前提となる縞走査法を実施することができる。一般に、G2格子32あるいは構造化シンチレータ33の周期は、G1格子22の周期よりもかなり大きく設定できる。したがって、このように構成すれば、微動機構の精度や安定性において、線源部2側に微動機構を設けるよりも格段に有利となる。
 (変形例3)
 前記した各実施形態においては、第1アーム及び第2アームを、それぞれ、ロボットアームにより構成した。しかしながら、第1アーム及び第2アームを一体化し、全体として略C字状に形成することもできる。すなわち、いわゆるCアームの一方の端部を第1アームとし、他方の端部を第2アームとして用いることができる。
 なお、前記実施形態および実施例の記載は単なる一例に過ぎず、本発明に必須の構成を示したものではない。各部の構成は、本発明の趣旨を達成できるものであれば、上記に限らない。
 例えば、前記実施形態では、線源部としてX線源を用いたが、試料に対して透過性のある他の放射線、例えば中性子線源を用いることができる。もちろん、この場合、検出部としては、用いる放射線を検出できるものが用いられる。
 また例えば、画像生成部及びその構成要素は、機能ブロックとして存在していればよく、独立したハードウエアとして存在しなくても良い。また、実装方法としては、ハードウエアを用いてもコンピュータソフトウエアを用いても良い。さらに、本発明における一つの機能要素が複数の機能要素の集合によって実現されても良く、本発明における複数の機能要素が一つの機能要素により実現されても良い。
 また、機能要素は、物理的に離間した位置に配置されていてもよい。この場合、機能要素どうしがネットワークにより接続されていても良い。グリッドコンピューティング又はクラウドコンピューティングにより機能を実現し、あるいは機能要素を構成することも可能である。
 1 駆動部
 11 第1ロボットアーム(第1アーム)
 12 第2ロボットアーム(第2アーム)
 2 線源部
 21 線源
 211 基板
 212 ターゲット部材
 213 電子源
 214 電子線
 22 G1格子
 23 真空容器
 3 検出部
 31 画像検出器
 32 G2格子
 33 構造化シンチレータ
 4 搬送部
 10 被写体
 100 放射線(X線)

Claims (10)

  1.  駆動部と、線源部と、検出部とを備えており、
     前記駆動部は、第1アームと第2アームとを備えており、
     前記第1アームと第2アームとは、両者の間に被写体を配置できる空間を形成した状態で配置されており、
     前記線源部は、前記第1アームに取り付けられており、
     かつ、前記線源部は、放射線を発生する線源と、前記放射線を透過させるG1格子とを備えており、
     前記検出部は、前記第2アームに取り付けられており、
     かつ、前記検出部は、前記G1格子と前記被写体とを通過した前記放射線の画像を取得する構成となっており、
     さらに、前記第1アーム及び前記第2アームは、前記線源部と前記検出部とを、三次元空間内において移動させることができる構成となっている
     ことを特徴とする放射線位相撮像装置。
  2.  前記線源としては、周期的に配置されたターゲット部材を有する構造化線源が用いられている
     請求項1に記載の放射線位相撮像装置。
  3.  前記構造化線源と前記G1格子とは、前記線源部内において一体化されている
     請求項2に記載の放射線位相撮像装置。
  4.  前記検出部は、画像検出器と、G2格子とを備えており、
     前記画像検出器は、前記G1格子と前記被写体と前記G2格子とを通過した前記放射線の画像を取得する構成となっている
     請求項1から3のいずれか1項に記載の放射線位相撮像装置。
  5.  前記画像検出器と前記G2格子とは、前記検出部内において一体化されている
     請求項4に記載の放射線位相撮像装置。
  6.  前記検出部は、画像検出器と、構造化シンチレータとを備えており、
     前記画像検出器は、前記G1格子と前記被写体とを通過し、かつ、前記構造化シンチレータに入射した前記放射線の画像を取得する構成となっている
     請求項1~3のいずれか1項に記載の放射線位相撮像装置。
  7.  前記第1アーム及び前記第2アームは、前記線源部と前記検出部との相対的位置関係を保持したまま、前記線源部と前記検出部との両方又は一方を三次元空間内において所定の移動軌跡に沿って移動させることができる構成となっている
     請求項1~6のいずれか1項に記載の放射線位相撮像装置。
  8.  前記線源部と前記検出部とは、前記線源部と前記検出部との両方又は一方が前記移動軌跡に沿って移動しながら撮影を実行することができる構成となっている
     請求項7に記載の放射線位相撮像装置。
  9.  前記第1アーム及び前記第2アームは、それぞれ、ロボットアームにより構成されている
     請求項1~8のいずれか1項に記載の放射線位相撮像装置。
  10.  前記第1アーム及び前記第2アームは、一体化されており、全体として略C字状に形成されている
     請求項1~8のいずれか1項に記載の放射線位相撮像装置。
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