特開 2023-166197 Ｘ線検出装置およびＸ線検出方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023166197

(43)【公開日】2023-11-21

(54)【発明の名称】Ｘ線検出装置およびＸ線検出方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 23/04 20180101AFI20231114BHJP

【ＦＩ】

G01N23/04

【審査請求】未請求

【請求項の数】13

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022077082

(22)【出願日】2022-05-09

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）令和３年度、知の拠点あいち重点研究プロジェクトＩＩＩ期、「革新的シンクロトロン光ＣＴ技術による次世代モノづくり産業創成」に係る委託研究、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(71)【出願人】

【識別番号】504139662

【氏名又は名称】国立大学法人東海国立大学機構

(74)【代理人】

【識別番号】110000110

【氏名又は名称】弁理士法人 快友国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】砂口 尚輝

【テーマコード（参考）】

2G001

【Ｆターム（参考）】

2G001AA01

2G001BA18

2G001CA01

2G001DA09

2G001HA08

2G001HA13

2G001HA14

2G001JA08

2G001PA11

(57)【要約】

【課題】空間分解能を向上させることが可能なＸ線検出装置を提供すること。
【解決手段】Ｘ線検出装置は、表面に入射されたＸ線ビームを、前方回折Ｘ線ビームおよび回折Ｘ線ビームに分割して裏面から出力する透過型のアナライザ結晶を備える。前方回折Ｘ線ビームおよび回折Ｘ線ビームを検出可能な平面を備えた検出手段を備える。平面が、アナライザ結晶の裏面と接触して配置されている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

表面に入射されたＸ線ビームを、前方回折Ｘ線ビームおよび回折Ｘ線ビームに分割して裏面から出力する透過型のアナライザ結晶と、
前記前方回折Ｘ線ビームおよび前記回折Ｘ線ビームを検出可能な平面を備えた検出手段と、
を備え、
前記平面が、前記アナライザ結晶の前記裏面と接触して配置されている、Ｘ線検出装置。

【請求項2】

前記検出手段は、
蛍光体を用いてＸ線を可視光に変換する第１手段、または、半導体を用いてＸ線を電気信号に変換する第２手段、または、光導電体を用いてＸ線を電荷に変換する第３手段の何れかを備えている、請求項１に記載のＸ線検出装置。

【請求項3】

前記第１手段は、蛍光体、または、蛍光体を用いたＸ線イメージングセンサ、または、蛍光体を用いたＸ線フィルム、または、輝尽性蛍光体を用いたイメージングプレートの何れか１つを含んでいる、請求項２に記載のＸ線検出装置。

【請求項4】

前記アナライザ結晶および前記検出手段の角度を調整可能な角度調整機構をさらに備える、請求項１に記載のＸ線検出装置。

【請求項5】

前記Ｘ線ビームを試料に照射する手段をさらに備え、
前記アナライザ結晶は、前記Ｘ線ビームの光路上に直列に配置されている、請求項１に記載のＸ線検出装置。

【請求項6】

前記アナライザ結晶は、前記表面に対して回折面が所定角度を有している非対称な結晶であり、
前記Ｘ線ビームの光路に対して前記アナライザ結晶の前記表面が略垂直に配置されている、請求項５に記載のＸ線検出装置。

【請求項7】

前記アナライザ結晶は、第１のアナライザ結晶と第２のアナライザ結晶とが積層された構造を備えており、
前記アナライザ結晶の前記表面に垂直な方向からみたときに、前記第１のアナライザ結晶により生成される前記回折Ｘ線ビームの方向と、前記第２のアナライザ結晶により生成される前記回折Ｘ線ビームの方向とが、略直交している、請求項１～６の何れか１項に記載のＸ線検出装置。

【請求項8】

前記検出手段で検出された画像データに基づいて、ラプラシアン像のＣＴ再構成を実行可能な再構成部をさらに備える、請求項１に記載のＸ線検出装置。

【請求項9】

前記再構成部によって得られた前記ラプラシアン像を位相像へ変換する処理を実行可能な信号処理部をさらに備える、請求項８に記載のＸ線検出装置。

【請求項10】

Ｘ線ビームを検出可能な平面を備えた検出手段の前記平面を、透過型のアナライザ結晶の裏面に接触している状態で配置し、
試料を透過したＸ線ビームを前記アナライザ結晶の表面に入射し、前記アナライザ結晶の裏面から前方回折Ｘ線ビームおよび回折Ｘ線ビームに分割して出力し、
前記検出手段に、前記前方回折Ｘ線ビームおよび前記回折Ｘ線ビームを互いに重複している状態で入射し、
前記前方回折Ｘ線ビームによって生成される第１の屈折コントラスト像と前記回折Ｘ線ビームによって生成される第２の屈折コントラスト像とが重複している重複屈折コントラスト像を、前記検出手段によって生成し、
前記重複屈折コントラスト像を検出する、
Ｘ線検出方法。

【請求項11】

前記重複屈折コントラスト像に基づいて、ラプラシアン像をＣＴ再構成する、請求項１０に記載のＸ線検出方法。

【請求項12】

前記ラプラシアン像の勾配に関係したポアソン方程式を計算することで、前記ラプラシアン像を位相像へ変換する、請求項１１に記載のＸ線検出方法。

【請求項13】

前記アナライザ結晶は、第１のアナライザ結晶と第２のアナライザ結晶とが積層された構造を備えており、
前記アナライザ結晶の前記表面に垂直な方向からみたときに、前記第１のアナライザ結晶により生成される前記回折Ｘ線ビームの方向と、前記第２のアナライザ結晶により生成される前記回折Ｘ線ビームの方向とが、略直交しており、
前記第１のアナライザ結晶によって生成された第１の前記重複屈折コントラスト像を検出するとともに、前記第２のアナライザ結晶によって生成された第２の前記重複屈折コントラスト像を検出する、請求項１０に記載のＸ線検出方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書では、Ｘ線検出装置およびＸ線検出方法に関する技術を開示する。

【背景技術】

【0002】

被測定対象（サンプル）と検出手段との間にアナライザを配置することで、位相Ｘ線画像を取得する手法が知られている。使用されるアナライザの例としては、Laue型Si単結晶の屈折角アナライザ、Bragg型Si単結晶の屈折角アナライザ、などが挙げられる。また検出手段の例としては、Ｘ線を可視光に変換するシンチレータやＸ線を高感度に測定できる半導体を用いた、０次元（１個の検出素子）、１次元ライン検出器、２次元画像検出器、Ｘ線フィルム、イメージングプレート、フラットパネルディテクタなどが挙げられる。なお、特許文献１には、関連する技術が開示されている。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0003】

【非特許文献1】Masami ANDO、他５名、「Simple X-Ray Dark- and Bright-Field Imaging Using Achromatic Laue Optics」、Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 41 (2002) pp. L 1016 - L 1018

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

位相Ｘ線イメージングにおいて、空間分解能の向上が要求されている。その手法の一つとして、被測定対象と検出手段との距離を小さくすることが挙げられる。しかし、被測定対象と検出手段との間にアナライザを設置する必要があるため、アナライザと検出手段との間には一定の距離が必要であった。そのため、被測定対象と検出手段との距離を小さくすることが困難であった。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本技術の第１の態様では、Ｘ線検出装置は、表面に入射されたＸ線ビームを、前方回折Ｘ線ビームおよび回折Ｘ線ビームに分割して裏面から出力する透過型のアナライザ結晶を備える。前方回折Ｘ線ビームおよび回折Ｘ線ビームを検出可能な平面を備えた検出手段を備える。平面が、アナライザ結晶の裏面と接触して配置されている。

【0006】

上記の構成によると、アナライザ結晶の裏面に、検出手段の平面を接触させることができる。アナライザ結晶と検出手段との距離を極限まで小さくすることができる。その結果、被測定対象と検出手段との距離を小さくすることができるため、空間分解能を向上させることが可能となる。

【0007】

ここで、「アナライザ結晶の裏面と検出手段の平面とが接触している」とは、アナライザ結晶と検出手段の平面とが直接に接触している態様に限られない。反射膜や各種の保護部材などの他の部材を介して間接的に接触している態様を含むものである。

【0008】

第２の態様では、上記第１の態様において、検出手段は、蛍光体を用いてＸ線を可視光に変換する第１手段、または、半導体を用いてＸ線を電気信号に変換する第２手段、または、光導電体を用いてＸ線を電荷に変換する第３手段の何れかを備えていてもよい。第１手段で変換した可視光を光検出器で検出することにより、Ｘ線画像を取得することができる。光検出器には様々な機器を使用可能であり、例えばフォトダイオード、ＣＣＤセンサ、ＣＭＯＳセンサ、光電子増倍管、Ｘ線フィルムの感光材、などであってよい。また第２手段では、変換された電気信号に基づいてＸ線画像データを取得することができる。また第３手段では、変換された電荷に基づいてＸ線画像データを取得することができる。

【0009】

第３の態様では、上記第２の態様において、第１手段は、蛍光体、または、蛍光体を用いたＸ線イメージングセンサ、または、蛍光体を用いたＸ線フィルム、または、輝尽性蛍光体を用いたイメージングプレートの何れか１つを含んでいてもよい。

【0010】

第４の態様では、上記第１～第３の態様の何れか１つにおいて、アナライザ結晶および検出手段の角度を調整可能な角度調整機構をさらに備えていてもよい。

【0011】

第５の態様では、上記第１～第４の態様の何れか１つにおいて、Ｘ線ビームを試料に照射する手段をさらに備えていてもよい。アナライザ結晶は、Ｘ線ビームの光路上に直列に配置されていてもよい。

【0012】

第６の態様では、上記第５の態様において、アナライザ結晶は、表面に対して回折面が所定角度を有している非対称な結晶であってもよい。Ｘ線ビームの光路に対してアナライザ結晶の表面が略垂直に配置されていてもよい。

【0013】

第７の態様では、上記第１～第６の態様の何れか１つにおいて、アナライザ結晶は、第１のアナライザ結晶と第２のアナライザ結晶とが積層された構造を備えていてもよい。アナライザ結晶の表面に垂直な方向からみたときに、第１のアナライザ結晶により生成される回折Ｘ線ビームの方向と、第２のアナライザ結晶により生成される回折Ｘ線ビームの方向とが、略直交していてもよい。

【0014】

第８の態様では、上記第１～第７の態様の何れか１つにおいて、検出手段で検出された画像データに基づいて、ラプラシアン像のＣＴ再構成を実行可能な再構成部をさらに備えていてもよい。

【0015】

第９の態様では、上記第１～第８の態様の何れか１つにおいて、再構成部によって得られたラプラシアン像を位相像へ変換する処理を実行可能な信号処理部をさらに備えていてもよい。

【0016】

本技術の第１０の態様に係るＸ線検出方法は、Ｘ線ビームを検出可能な平面を備えた検出手段の平面を、透過型のアナライザ結晶の裏面に接触している状態で配置する。Ｘ線検出方法は、試料を透過したＸ線ビームをアナライザ結晶の表面に入射し、アナライザ結晶の裏面から前方回折Ｘ線ビームおよび回折Ｘ線ビームに分割して出力する。検出手段に、前方回折Ｘ線ビームおよび回折Ｘ線ビームを互いに重複している状態で入射する。Ｘ線検出方法は、前方回折Ｘ線ビームによって生成される第１の屈折コントラスト像と回折Ｘ線ビームによって生成される第２の屈折コントラスト像とが重複している重複屈折コントラスト像を、検出手段によって生成する。Ｘ線検出方法は、重複屈折コントラスト像を検出する。

【0017】

第１１の態様では、上記第１０の態様において、重複屈折コントラスト像に基づいて、ラプラシアン像をＣＴ再構成してもよい。

【0018】

第１２の態様では、上記第１１の態様において、ラプラシアン像に対するポアソン方程式を設定し、ポアソン方程式を解くことで、ラプラシアン像を位相像へ変換してもよい。

【0019】

第１３の態様では、上記第１０～第１２の態様の何れか１つにおいて、アナライザ結晶は、第１のアナライザ結晶と第２のアナライザ結晶とが積層された構造を備えていてもよい。アナライザ結晶の表面に垂直な方向からみたときに、第１のアナライザ結晶により生成される回折Ｘ線ビームの方向と、第２のアナライザ結晶により生成される回折Ｘ線ビームの方向とが、略直交していてもよい。第１のアナライザ結晶によって生成された第１の重複屈折コントラスト像を検出するとともに、第２のアナライザ結晶によって生成された第２の重複屈折コントラスト像を検出してもよい。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】Ｘ線検出システム１の概略斜視図である。

【図2】従来の位相Ｘ線イメージング方法を説明する概略断面図である。

【図3】アナライザ結晶３０のロッキングカーブである。

【図4】実施例１のＸ線イメージング方法を説明する概略断面図である。

【図5】位相コントラスト法の空間分解能に影響を与える要素を説明する図である。

【図6】実施例２のＸ線イメージング方法を説明する概略断面図である。

【図7】実施例３のＸ線イメージング方法を説明する概略断面図である。

【図8】実施例３のＸ線イメージング方法を説明する概略断面図である。

【図9】実施例４のＸ線イメージング方法を説明する概略断面図である。

【発明を実施するための形態】

【実施例0021】

（Ｘ線検出システム１の構成）
図１に、Ｘ線検出システム１の概略斜視図を示す。図１の座標軸では、アナライザ結晶３０の表面３０ｆがｘｙ平面に対応し、表面３０ｆに垂直な方向がｚ方向に対応している。Ｘ線検出システム１は、コリメータ１０、ステージ２０、アナライザ結晶３０、シンチレータ４０、角度調整機構５０、カメラ６０、演算装置７０、を備える。

【0022】

コリメータ１０は、Ｘ線ビームを試料２１に照射する手段である。コリメータ１０は、Ｓｉ（１１１）回折面が非対称角α_ＭＣを有している非対称ブラッグケース結晶である。コリメータ１０には、不図示の光源からＸ線１１がコリメータ１０のブラッグ角θ_Ｂ方向から入射される。本実施例では、単色Ｘ線の２０ｋｅＶのＸ線１１を入射した。Ｘ線１１は、コリメータ１０により回折することで、平面波に近くＸ線１１の幅がｓｉｎ（θ_Ｂ＋α_ＭＣ）／ｓｉｎ（θ_Ｂ－α_ＭＣ）倍に拡大したＸ線ビーム１１ｂとなる。

【0023】

ステージ２０は、試料２１を保持する部位である。ステージ２０は回転軸２２を中心として回転可能である。ステージ２０を回転させながらＸ線画像を取得することにより、全方向からのＸ線透過画像を取得することができる。

【0024】

透過型のアナライザ結晶３０は、Ｘ線ビーム１１ｂの光路上に直列に配置されている。アナライザ結晶３０は、表面３０ｆに入射されたＸ線ビームを、前方回折Ｘ線ビームＦＤおよび回折Ｘ線ビームＤに分割して裏面３０ｂから出力する。本実施例では、アナライザ結晶３０は、非対称ラウエケース結晶Ｓｉ（１１１）とした。

【0025】

アナライザ結晶３０は、表面３０ｆに対して回折面ＤＳが非対称角αを有している非対称な結晶である（図２参照）。非対称角αは、ブラッグ角の近傍に設定されている。よって、Ｘ線ビーム１１ｂの光路に対してアナライザ結晶の表面３０ｆを略垂直に配置する状態で、Ｘ線を回折させることができる。Ｘ線検出システム１の各構成要素を直線上に配置できるため、システムのレイアウトを簡略化することが可能となる。

【0026】

シンチレータ４０は、Ｘ線ビームの検出手段であり、Ｘ線ビームを検出可能な平面を備えている。その平面が、アナライザ結晶３０の裏面３０ｂと接触して配置されている。シンチレータ４０は、入射されたＸ線に応じた可視光４１を発生する部位である。本実施例では、シンチレータ４０は、ＬｕＡＧ：Ｃｅを素材とした蛍光体とした。シンチレータ４０は厚みがあるガラスやＣｅを添加していないＬｕＡＧで補強されている。従って、シンチレータ４０がアナライザ結晶３０と接触することで、アナライザ結晶３０を支持する補強部材として機能する。またシンチレータ４０の方がアナライザ結晶３０よりも大きい。これにより、アナライザ結晶３０の全体をシンチレータ４０で支持することができる。なお、裏面３０ｂとシンチレータ４０との間に、各種の反射膜が存在していてもよい。

【0027】

アナライザ結晶３０およびシンチレータ４０は、角度調整機構５０に固定されている。角度調整機構５０は、アナライザ結晶３０およびシンチレータ４０を回転軸５１まわりに回転させることができる。これにより、Ｘ線ビーム１１ｂのアナライザ結晶３０への入射角を調整可能である。すなわち、入射されるＸ線ビーム１１ｂとアナライザ結晶３０およびシンチレータ４０とのなす角を、アナライザ結晶３０の回折面におけるブラッグ角付近に調整することが可能である。

【0028】

カメラ６０は、シンチレータ４０と対向する位置に、シンチレータ４０と離間して配置されている。カメラ６０は、光学レンズあるいはオプティカルファイバーおよびイメージセンサを備えた、光学カメラである。カメラ６０は、シンチレータ４０から発生する可視光４１を検出する光検出器として機能する。

【0029】

演算装置７０は、カメラ６０で取得された画像データにもとづき、各種の演算を行う装置である。演算装置７０は、例えばＰＣであってよい。演算装置７０は、操作部７１と、表示部７２と、制御部７３と、を備える。操作部７１は、キーボードやマウス等を備えていてもよい。表示部７２は、様々な情報や画像を表示するためのディスプレイである。制御部７３は、ＣＰＵ７４と、メモリ７５と、を備える。メモリ７５には、プログラム７６が記憶されている。ＣＰＵ７４は、プログラム７６に従って、様々な処理を実行する。すなわち、ＣＰＵ７４がプログラム７６を実行することで、制御部７３は、再構成部８１、信号処理部８２などとして機能する。これらの部位の具体的な機能については、後述する。

【0030】

（従来の位相Ｘ線イメージング方法）
比較例として、従来の位相Ｘ線イメージング方法について、図２を用いて説明する。図２（Ａ）は、Ｘ線ビーム１１ｂ光路のｚ方向の中心を通る、ｘｚ平面での断面図である。なお、アナライザ結晶３０のｘｚ平面の断面において、Ｓｉ（１１１）の回折面ＤＳを複数の斜線で示している。回折面ＤＳの間の距離（格子面間隔）は、１０^－１０ｍ程度と非常に小さいが、図面では見易さのために距離を実際よりも大きく記載している。従来手法では、アナライザ結晶３０とシンチレータ４０とのｚ方向の距離が、距離ｄ１だけ離れている。

【0031】

また図３に、アナライザ結晶３０のロッキングカーブ（回折強度曲線）を示す。前方回折Ｘ線ビームＦＤのロッキングカーブＦＤＲを実線で示している。また回折Ｘ線ビームＤのロッキングカーブＤＲを破線で示している。縦軸は、アナライザ結晶３０への入射Ｘ線強度に対する回折強度の割合（０～１（１００％））である。横軸は、結晶への入射角度であり、ブラッグ角θ_Ｂからのずれ角を示している。ずれ角が０度の左右にある勾配を利用して、屈折コントラストを形成する。通常、左の勾配が利用される。

【0032】

Ｘ線ビーム１１ｂは、試料２１に入射し、試料２１で一部吸収され、伝搬光路上で屈折率差があるときはスネルの法則に従って屈折し、アナライザ結晶３０の表面３０ｆに入射する。Ｘ線ビーム１１ｂは、アナライザ結晶のロッキングカーブ（図３参照）に従って、前方回折Ｘ線ビームＦＤおよび回折Ｘ線ビームＤに強度が分割され、アナライザ結晶３０の裏面３０ｂから放射される。前方回折Ｘ線ビームＦＤは、Ｘ線ビーム１１ｂと同一方向へ放射される。回折Ｘ線ビームＤは、－ｘ方向（水平方向）へ角度２×θ_Ｂで回折して放射される。距離ｄ１を十分に大きくとることで、前方回折Ｘ線ビームＦＤと回折Ｘ線ビームＤとを分離してシンチレータ４０に入射することができる。なお厳密には、結晶内に形成される膨大な数の回折面で多重散乱する。しかし本明細書では、図面の簡略化のために、表面３０ｆの一点で回折する図を示している。

【0033】

図２（Ｂ）に、シンチレータ４０で得られる屈折コントラスト像を示す。縦軸は、Ｘ線強度である。Ｘ線強度が高いほど、シンチレータ４０の輝度が高くなる。横軸は、ｘ方向位置である。前方回折Ｘ線ビームＦＤによって、第１画像Ｃ１が生成される。第１画像Ｃ１によって屈折コントラスト画像を構築することができる。回折Ｘ線ビームＤによって、第２画像Ｃ２が生成される。第２画像Ｃ２によって屈折コントラスト画像を構築することができる。

【0034】

第１画像Ｃ１および第２画像Ｃ２は、ロッキングカーブの左あるいは右の勾配を利用して得られており、屈折角に応じて回折強度が変化するため、試料２１を伝搬するＸ線１１ｂの屈折角の大きさに関係する画像である。よって第１画像Ｃ１および第２画像Ｃ２では、試料２１のエッジに対応した部分で、Ｘ線の鋭い強度変化（すなわちシンチレータ４０の輝度の変化）が現れる。

【0035】

試料２１で生じるＸ線ビーム１１ｂの屈折角は、試料２１の位相像のラドン変換を一階微分した量に相当するため、第１画像Ｃ１および第２画像Ｃ２は、一階微分画像に相当する。

【0036】

第１画像Ｃ１では、試料２１の左エッジ２１Ｌに対応してエッジ画像Ｅ１Ｌが得られ、試料２１の右エッジ２１Ｒに対応してエッジ画像Ｅ１Ｒが得られる。一階微分画像の方向依存性により、エッジ画像Ｅ１Ｌは輝度が高い明線となり、エッジ画像Ｅ１Ｒは輝度が低い暗線となる。第２画像Ｃ２では、試料２１の左エッジ２１Ｌに対応してエッジ画像Ｅ２Ｌが得られ、試料２１の右エッジ２１Ｒに対応してエッジ画像Ｅ２Ｒが得られる。一階微分画像の方向依存性により、エッジ画像Ｅ２Ｌは輝度が低い暗線となり、エッジ画像Ｅ２Ｒは輝度が高い明線となる。Ｘ線ビームは結晶内で多重散乱するため、裏面３０ｂでは元のビームよりも幅が広くなり、ぼけが発生する。よってエッジ画像Ｅ１Ｒ、Ｅ１Ｌ、Ｅ２Ｒ、Ｅ２Ｌは、山形の分布を有している。

【0037】

また第１画像Ｃ１と第２画像Ｃ２とは、ロッキングカーブの勾配を直線で近似すれば、互いに左右反転した関係となる。すなわち、エッジ画像Ｅ１Ｌは明線であり、エッジ画像Ｅ２Ｌは暗線である。また、エッジ画像Ｅ１Ｒは暗線であり、エッジ画像Ｅ２Ｒは明線である。

【0038】

（実施例１の位相Ｘ線イメージング方法）
図４を用いて、本実施例のＸ線イメージング方法について説明する。図４は、図２と同様の断面図である。本実施例では、アナライザ結晶３０の裏面３０ｂに、シンチレータ４０が接触している。距離ｄ１がゼロであるため、前方回折Ｘ線ビームＦＤおよび回折Ｘ線ビームＤは、アナライザ結晶３０の厚さＴの分しか分離しない。よって前方回折Ｘ線ビームＦＤと回折Ｘ線ビームＤとを、互いにずれ量Ｍだけずれて混在した状態で、シンチレータ４０に入射することができる。ずれ量Ｍは、アナライザ結晶３０内の多重散乱の過程で発生する量である。ずれ量Ｍは、アナライザ結晶３０の厚さＴに比例する量である。ずれ量Ｍの値は、各種条件により決定される値であり、測定やシミュレーション等により求めることが可能である。

【0039】

図４（Ｂ）に、シンチレータ４０で得られる屈折コントラスト像を示す。本実施例では、前方回折Ｘ線ビームＦＤによって生成される第１画像Ｃ１と、回折Ｘ線ビームによって生成される第２画像Ｃ２とが重複している、重複画像ＤＣを生成することができる。図２で前述したように、第１画像Ｃ１と第２画像Ｃ２とは、互いに左右反転した関係を有する。よって両画像をずれ量なしで重ね合わせる場合には、打ち消し合うことで平均化されコントラスト像が得られない。しかし、第１画像Ｃ１と第２画像Ｃ２とをｘ方向にずれ量Ｍだけずらして重複させることにより、試料２１の左エッジ２１Ｌに対応して、エッジ画像Ｅ１ＬとＥ２Ｌとのペアが得られる。また試料２１の右エッジ２１Ｒに対応して、エッジ画像Ｅ１ＲとＥ２Ｒとのペアが得られる。すなわち、試料２１の左エッジ２１Ｌおよび右エッジ２１Ｒを、明線および暗線のペアで表示することができる。これにより、ｘ方向の依存性を無くすことができる。

【0040】

一般に、１階微分画像は、試料２１における位相像のラドン変換をｘ方向で微分したものである。よって図２で前述したように、屈折方向の依存性がある。また２階微分画像は、ｘ方向における屈折角の変化量を表すものである。よって２階微分画像では、屈折角が大きくなる試料２１のエッジで暗線と明線のペアが抽出され、方向の依存性がない。また２階微分画像の方が、１階微分画像よりも、エッジをより強調することが可能となる。そして本実施例のＸ線イメージング方法では、ずれ量Ｍだけずれた暗線と明線のペアで、エッジを抽出することができる。すなわち、２階微分画像と類似した特徴を備える画像を取得することができる。換言すると、本実施例のＸ線イメージング方法では、疑似的な２階微分画像を取得することが可能である。

【0041】

ずれ量Ｍは、アナライザ結晶３０の厚さＴを小さくするほど小さくすることができる。ずれ量Ｍが、カメラ６０のイメージセンサの１ピクセル幅以上であれば、暗線と明線のペアを検出することができる。またずれ量Ｍが大きくなるほど、重複画像ＤＣのエッジ画像Ｅ２ＬとＥ１Ｌとのピーク間の距離、および、エッジ画像Ｅ２ＲとＥ１Ｒとのピーク間の距離が広くなる。以上の観点から、ずれ量Ｍを適宜決定すればよい。

【0042】

（再構成部８１および信号処理部８２で実行される画像処理）
制御部７３の再構成部８１は、カメラ６０で取得された重複画像ＤＣの画像データに基づいて、ラプラシアン像のＣＴ再構成を実行する。ラプラシアン像は、２階微分により抽出されたエッジを含む画像である。具体的には、ラプラシアン像は、ｘ方向の２階微分の画像とｙ方向の２階微分の画像とを足し合わせた画像である。ＣＴ再構成は、試料２１を回転させながら取得された全方向からのＸ線透過画像を解析し、試料２１の断面画像を生成することである。ＣＴ再構成には、フィルタ補正逆投影法や代数的再構成法など、様々な方法を用いることが可能である。

【0043】

制御部７３の信号処理部８２は、再構成部８１によって得られたラプラシアン像を位相像へ変換する。位相像は、サンプルの中の物理量分布である複素屈折率分布「ｎ＝１－δ＋ｉβ」のうち、位相シフト項δの分布像（位相コントラストＣＴ像とも呼ばれる）である。具体的には、ラプラシアン像に対するポアソン方程式を設定し、差分化されたポアソン方程式を解くことで、ラプラシアン像を位相像へ変換する。これにより位相像の２階微分勾配を表す画像から、位相像そのものを推定することができる。なお、ポアソン方程式の差分法の解法にはヤコビ法、ガウスザイデル法、ＳＯＲ法などがあるが、これらに基づく画像処理は既知であるため、ここでは説明を省略する。

【0044】

（課題）
位相Ｘ線イメージングにおいて、空間分解能の向上が要求されている。図５を用いて、位相コントラスト法の空間分解能に影響を与える要素を説明する。当該要素には、主に、（１）見かけの焦点サイズσ_Ｓ、（２）光源２の焦点サイズσ、（３）アナライザ結晶３０の厚さ、（４）検出手段（シンチレータ４０およびカメラ６０）の空間分解能、が挙げられる。しかし、（２）の光源２の焦点サイズσをＸ線ビームの平行性かつ高輝度単色性を維持したまま縮小することは微小な電子軌道を持つ放射光施設の建設が必要であり技術面やコスト面で高いハードルを持つ。また、（３）のアナライザ結晶３０の薄膜化はすでに限界を迎えていることや、（４）の検出手段（カメラ６０）の解像性能はすでに十分高い。従って、（１）の見かけの焦点サイズσ_Ｓを小さくすることが、空間分解能を高めるために有効である。

【0045】

ここで、光源２と試料２１との距離をＡとする。試料２１とシンチレータ４０との距離をＢとする。すると、見かけの焦点サイズσ_Ｓは、「σ_Ｓ＝σ・Ｂ／Ａ」の式で求められる。上式より、距離Ｂを小さくすることが、見かけの焦点サイズσ_Ｓを小さくするために必要であることが分かる。
しかし、試料２１とシンチレータ４０との間にアナライザ結晶３０を設置する必要があるため、アナライザ結晶３０とシンチレータ４０との間には一定の距離ｄ１が必要であった。そのため、距離Ｂを小さくすることが困難であった。

【0046】

（効果）
本実施例のＸ線検出システム１では、アナライザ結晶３０の裏面に、検出手段を構成するシンチレータ４０を接触させることができる。アナライザ結晶３０とシンチレータ４０との距離を極限まで小さくすることができる。その結果、試料２１とシンチレータ４０との距離Ｂを小さくすることができるため、位相Ｘ線イメージングの空間分解能を向上させることが可能となる。

【0047】

従来、位相Ｘ線イメージングにおいて、エッジをより強調した２階微分画像を取得するためには、微分フィルタ画像処理が必要であった。画像処理によって、ノイズ成分が増加したり、分解能が低下するなどの画像劣化が発生していた。本実施例の技術では、画像処理を行う必要なく、位相Ｘ線イメージの２階微分画像を直接に取得することができる。分解能が高くノイズの少ない２階微分画像を取得することが可能となる。

【実施例0048】

図６を用いて、実施例２の構成を説明する。図６は、図２および図４と同様の断面図である。なお、実施例１の構成（図４）と同様の部位には、同一符号を付すことで説明を省略する。実施例２の構成では、実施例１のカメラ６０に代えて、イメージセンサ６１を備えている。イメージセンサ６１は、シンチレータ４０の裏面４０ｂと接触して配置されている。イメージセンサ６１は、シンチレータ４０から発生する可視光を検出する光検出器として機能する。イメージセンサ６１には、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサなど、各種の方式を使用可能である。角度調整機構５０によって、アナライザ結晶３０およびシンチレータ４０およびイメージセンサ６１は、一体に回転可能である。

【0049】

イメージセンサ６１の表面には、多数の画素６２が並んで配置されている。各画素によって、１ピクセル分の画像データが取得される。１ピクセルに対応する幅が、ピクセル幅ＰＷである。そして前述したずれ量Ｍが、ピクセル幅ＰＷよりも大きくなるように、アナライザ結晶３０の厚さＴを決定すればよい。これにより、２階微分画像を取得することが可能となる。

【0050】

実施例２の構成では、カメラ６０を用いる場合に比して、Ｘ線検出システム１の構成の簡略化や小型化を図ることが可能となる。

【0051】

（実施例２の変形例）
イメージセンサ６１は、平面上に画素が配置された２次元のセンサに限られない。画素が一列に配置された１次元のセンサを、ｙ方向にスキャンする態様であってもよい。または１画素のセンサを、ｘｙ方向に走査する態様であってもよい。