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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-08-29
(45)【発行日】2022-09-06
(54)【発明の名称】Ｘ線位相イメージング装置
(51)【国際特許分類】
G01N 23/041 20180101AFI20220830BHJP
【ＦＩ】
G01N23/041
【請求項の数】
9
(21)【出願番号】P 2020552539
(86)(22)【出願日】2019-08-01
(86)【国際出願番号】 JP2019030165
(87)【国際公開番号】W WO2020079919
(87)【国際公開日】2020-04-23
【審査請求日】2021-03-10
(31)【優先権主張番号】P 2018194895
(32)【優先日】2018-10-16
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】000001993
【氏名又は名称】株式会社島津製作所
(74)【代理人】
【識別番号】100104433
【弁理士】
【氏名又は名称】宮園 博一
(72)【発明者】
【氏名】土岐 貴弘
(72)【発明者】
【氏名】木村 健士
(72)【発明者】
【氏名】白井 太郎
(72)【発明者】
【氏名】森本 直樹
【審査官】田中 秀直
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１８－０２９７７７（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２００７／１２５８３３（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１８－１５５５０２（ＪＰ，Ａ）
【文献】中国特許出願公開第１０８４６９４４３（ＣＮ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｎ ２３／００－２３／２２７６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
被写体にＸ線を照射するＸ線源と、前記Ｘ線源から照射されたＸ線を検出する検出器と、
前記Ｘ線源と前記検出器との間に配置され、前記Ｘ線源から照射されるＸ線を線光源にしてＸ線の可干渉性を高めるマルチスリットである第１格子と、前記第１格子からのＸ線が照射され自己像を形成する位相格子である第２格子とを含む複数の格子と、
前記検出器によって検出された信号に基づいて位相コントラスト画像を生成する画像処理部と、を備え、
前記位相コントラスト画像の鮮明度を高めるために、前記Ｘ線源の焦点サイズを小さくするように変更した場合に、前記Ｘ線源は、焦点サイズを小さくすることに起因して、Ｘ線が照射されることにより拡大されて投影された前記第１格子の格子パターンが検出される場合に、拡大されて投影された前記第１格子の格子パターンが、前記検出器によって検出されないように、前記第１格子と前記Ｘ線源との相対的な配置が調整されるか、または、前記Ｘ線源の焦点サイズが増加するように前記Ｘ線源の焦点サイズが調整される、Ｘ線位相イメージング装置。
【請求項2】
前記Ｘ線源は、前記検出器によって解像されることにより、拡大されて投影された前記第１格子の格子パターンの縞模様が検出されないように、前記第１格子と前記Ｘ線源との相対的な配置または前記Ｘ線源の焦点サイズが調整される、請求項１に記載のＸ線位相イメージング装置。
【請求項3】
前記Ｘ線源は、Ｘ線の光軸方向において、拡大されて投影された前記第１格子の格子パターンが前記検出器によって検出されない位置に、前記第１格子から離間して配置される、請求項１または２に記載のＸ線位相イメージング装置。
【請求項4】
前記Ｘ線源は、拡大されて投影された前記第１格子の格子パターンの１周期が、前記検出器の画素サイズよりも小さくなるような拡大率となる位置に配置される、請求項１～３のいずれか１項に記載のＸ線位相イメージング装置。
【請求項5】
前記Ｘ線源は、以下の式（１）～（３）を定義した場合、以下の式（４）を満たすような位置に配置される、請求項４に記載のＸ線位相イメージング装置。【数1】
ｍ：拡大されて投影された前記第１格子の格子パターンの拡大率；
Ｒ：前記Ｘ線源と前記検出器との間の距離；
ｒ０：前記Ｘ線源と前記第１格子との間の距離；
ｐ１：拡大されて投影された前記第１格子の格子パターンの周期；
ｐ０：前記第１格子の格子周期；
ｎ：拡大されて投影された前記第１格子の格子パターンに含まれる画素数；
ｐ２：前記検出器の画素サイズ；
である。
【請求項6】
前記Ｘ線源の焦点サイズの大きさに起因して生じる、拡大されて投影された前記第１格子の格子パターンのぼけ量が、拡大されて投影された前記第１格子の格子パターンが前記検出器によって検出されなくなる前記ぼけ量となるように、前記Ｘ線源の焦点サイズが設定される、請求項１または２に記載のＸ線位相イメージング装置。
【請求項7】
被写体にＸ線を照射するＸ線源と、
前記Ｘ線源から照射されたＸ線を検出する検出器と、
前記Ｘ線源と前記検出器との間に配置され、前記Ｘ線源から照射されるＸ線の可干渉性を高める第１格子と、前記第１格子からのＸ線が照射される第２格子とを含む複数の格子と、
前記検出器によって検出された信号に基づいて位相コントラスト画像を生成する画像処理部と、を備え、
前記Ｘ線源は、焦点サイズを小さくすることに起因して、Ｘ線が照射されることにより拡大されて投影された前記第１格子の格子パターンが検出される場合に、拡大されて投影された前記第１格子の格子パターンが、前記検出器によって検出されないように、前記第１格子と前記Ｘ線源との相対的な配置または前記Ｘ線源の焦点サイズが調整され、
前記Ｘ線源の焦点サイズの大きさに起因して生じる、拡大されて投影された前記第１格子の格子パターンのぼけ量が、拡大されて投影された前記第１格子の格子パターンが前記検出器によって検出されなくなる前記ぼけ量となるように、前記Ｘ線源の焦点サイズが設定され、
前記Ｘ線源は、前記ぼけ量が、拡大されて投影された前記第１格子の格子パターンの１周期の３．０倍以上の範囲となるように、前記Ｘ線源の焦点サイズが設定される、Ｘ線位相イメージング装置。
【請求項8】
前記Ｘ線源は、拡大されて投影された前記第１格子の格子パターンの１周期が、前記検出器の画素サイズよりも大きくなる場合に、以下の式（５）により定義される前記ぼけ量の大きさが、以下の式（６）を満たすように、前記Ｘ線源の焦点サイズが設定される、請求項７に記載のＸ線位相イメージング装置。【数2】
ｂ：前記ぼけ量；
ｓ：前記Ｘ線源の焦点サイズ；
である。
【請求項9】
前記第２格子と、前記検出器との間に配置された第３格子をさらに含む、請求項１～８のいずれか１項に記載のＸ線位相イメージング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、Ｘ線位相イメージング装置に関し、Ｘ線の可干渉性を高める格子を備えるＸ線位相イメージング装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、Ｘ線の可干渉性を高める格子を備えるＸ線位相イメージング装置が知られている。このようなＸ線位相イメージング装置は、たとえば、特開２０１２－１６３７０号公報に開示されている。
【0003】
特開２０１２－１６３７０号公報のＸ線位相イメージング装置は、Ｘ線源と、Ｘ線源の照射方向に配置された検出器と、Ｘ線源とＸ線画像検出器との間において、Ｘ線源の近傍に設けられたマルチスリットと、マルチスリットと検出器との間に配置された格子とを含む複数の格子と、を備えている。マルチスリットは、Ｘ線源から照射されるＸ線の可干渉性を高めるために設けられている。特開２０１２－１６３７０号公報のＸ線撮像装置は、複数の格子のいずれかを格子ピッチの方向に移動させながら、Ｘ線源から照射されたＸ線を複数の格子を用いて干渉させることにより、検出器において検出されるＸ線の強度変化を表す強度変調信号を取得する。
【0004】
特開２０１２－１６３７０号公報のＸ線撮像装置は、複数の格子の間に被写体を置かない場合の強度変調信号と、被写体を置いた場合の強度変調信号と、の位相差に基づいて、被写体内部を画像化した位相コントラスト画像を生成するように構成されている。特開２０１２－１６３７０号公報に記載のような従来のＸ線撮像装置は、Ｘ線の吸収量ではなく、Ｘ線の位相差を利用して、被写体内を画像化することによって、Ｘ線を吸収しにくい軽元素物体や生体軟部組織を画像化することが可能である。なお、位相コントラスト画像とは、吸収像と、位相微分像と、暗視野像とを含んでいる。吸収像とは、Ｘ線が被写体を通過した際に生じるＸ線の減衰に基づいて画像化した像である。また、位相微分像とは、Ｘ線が被写体を通過した際に発生するＸ線の位相のずれをもとに画像化した像である。また、暗視野像とは、物体の小角散乱に基づくＶｉｓｉｂｉｌｉｔｙの変化によって得られる、Ｖｉｓｉｂｉｌｉｔｙ像のことである。また、暗視野像は、小角散乱像とも呼ばれる。「Ｖｉｓｉｂｉｌｉｔｙ」とは、鮮明度のことである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特開２０１２－１６３７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
ここで、被写体の詳細な構造を確認するために、被写体を拡大して撮像することが望まれる場合がある。この場合、鮮明度を高めることなく被写体を拡大して撮像すると、得られる画像の画質が劣化するという不都合がある。そこで、鮮明度を高めて撮像することにより、拡大した画像を撮像する場合でも、画質の低下を抑制することができる。鮮明度を高めるためには、Ｘ線源の焦点サイズを小さくすることが考えられる。しかしながら、特開２０１２－１６３７０号公報では、Ｘ線源の可干渉性を高めるために、Ｘ線源にマルチスリットが設けられている。Ｘ線源にマルチスリットが備えられた構成においてＸ線源の焦点サイズを小さくすると、マルチスリットの格子パターンが解像され、画像上に縞模様として検出される。そのため、マルチスリットの格子パターンの縞模様によって、得られる画像の画質が劣化するという問題点がある。
【0007】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、Ｘ線源の焦点サイズを小さくすることにより鮮明度を高めて撮像する場合でも、得られる画像の画質が劣化することを抑制することが可能なＸ線位相イメージング装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記目的を達成するために、この発明の第１の局面におけるＸ線位相イメージング装置は、被写体にＸ線を照射するＸ線源と、Ｘ線源から照射されたＸ線を検出する検出器と、Ｘ線源と検出器との間に配置され、Ｘ線源から照射されるＸ線を線光源にしてＸ線の可干渉性を高めるマルチスリットである第１格子と、第１格子からのＸ線が照射され自己像を形成する位相格子である第２格子とを含む複数の格子と、検出器によって検出された信号に基づいて位相コントラスト画像を生成する画像処理部と、を備え、位相コントラスト画像の鮮明度を高めるために、Ｘ線源の焦点サイズを小さくするように変更した場合に、Ｘ線源は、焦点サイズを小さくすることに起因して、Ｘ線が照射されることにより拡大されて投影された第１格子の格子パターンが検出される場合に、拡大されて投影された第１格子の格子パターンが、検出器によって検出されないように、第１格子とＸ線源との相対的な配置が調整されるか、または、Ｘ線源の焦点サイズが増加するようにＸ線源の焦点サイズが調整される。
【0009】
この発明の第１の局面におけるＸ線位相イメージング装置では、上記のように、位相コントラスト画像の鮮明度を高めるために、Ｘ線源の焦点サイズを小さくするように変更した場合に、Ｘ線源は、焦点サイズを小さくすることに起因して、Ｘ線が照射されることにより拡大されて投影された第１格子の格子パターンが検出される場合に、拡大されて投影された第１格子の格子パターンが、検出器によって検出されないように、第１格子とＸ線源との相対的な配置が調整されるか、または、Ｘ線源の焦点サイズが増加するようにＸ線源の焦点サイズが調整される。これにより、Ｘ線源の焦点サイズを小さくすることにより鮮明度を高めて撮像した場合でも、拡大されて投影された第１格子の格子パターンが検出器によって検出されることを抑制することができる。その結果、Ｘ線源の焦点サイズを小さくすることにより鮮明度を高めて撮像する場合でも、得られる画像の画質が劣化することを抑制することができる。
【0010】
上記第１の局面におけるＸ線位相イメージング装置において、好ましくは、Ｘ線源は、検出器によって解像されることにより、拡大されて投影された第１格子の格子パターンの縞模様が検出されないように、第１格子とＸ線源との相対的な配置またはＸ線源の焦点サイズが調整される。このように構成すれば、第１格子とＸ線源との相対的な配置またはＸ線源の焦点サイズを調整することにより、拡大されて投影された第１格子の格子パターンの縞模様が検出器によって解像されることを抑制することができる。その結果、たとえば、肉眼で認識できない鮮明度において、拡大されて投影された第１格子の格子パターンの縞模様が検出器によって検出されることを抑制することが可能となるので、拡大されて投影された第１格子の格子パターンに起因して画像の画質が劣化することを、より抑制することができる。
【0011】
上記第１の局面におけるＸ線位相イメージング装置において、好ましくは、Ｘ線源は、Ｘ線の光軸方向において、拡大されて投影された第１格子の格子パターンが検出器によって検出されない位置に、第１格子から離間して配置される。このように構成すれば、焦点サイズを小さくすることに起因して、Ｘ線が照射されることにより拡大されて投影された第１格子の格子パターンが検出される場合でも、拡大されて投影された第１格子の格子パターンの拡大率を小さくすることができる。その結果、拡大されて投影された第１格子の格子パターンが解像されなくなるため、拡大されて投影された第１格子の格子パターンが検出器によって検出されることを抑制することが可能となり、拡大されて投影された第１格子の格子パターンが検出されることに起因して画像の画質が劣化することを抑制することができる。
【0012】
上記第１の局面におけるＸ線位相イメージング装置において、好ましくは、Ｘ線源は、拡大されて投影された第１格子の格子パターンの１周期が、検出器の画素サイズよりも小さくなるような拡大率となる位置に配置される。このように構成すれば、拡大されて投影された第１格子の格子パターンの１周期の大きさを、検出器の画素サイズよりも小さくすることが可能となるので、拡大されて投影された第１格子の格子パターンが検出器によって検出されることをより抑制することができる。その結果、拡大されて投影された第１格子の格子パターンが検出されることに起因して画像の画質が劣化することをより抑制することができる。
【0013】
この場合、好ましくは、Ｘ線源は、以下の式（１）～（３）を定義した場合、以下の式（４）を満たすような位置に配置される。
ここで、ｍは、拡大されて投影された第１格子の格子パターンの拡大率である。また、Ｒは、Ｘ線源と検出器との間の距離である。また、ｒ０は、Ｘ線源と第１格子との間の距離である。また、ｐ１は、拡大されて投影された第１格子の格子パターンの周期である。また、ｐ０は、第１格子の格子周期である。また、ｎは、拡大されて投影された第１格子の格子パターンに含まれる画素数である。また、ｐ２は、検出器の画素サイズである。
このように構成すれば、上記式（４）を満たす位置にＸ線源を配置することにより、拡大されて投影された第１格子の格子パターンの１周期の大きさを、検出器の画素サイズよりも容易に小さくすることができる。その結果、拡大されて投影された第１格子の格子パターンが検出されることに起因して画像の画質が劣化することを、より容易に抑制することができる。
【数1】
このように構成すれば、上記式（４）を満たす位置にＸ線源を配置することにより、拡大されて投影された第１格子の格子パターンの１周期の大きさを、検出器の画素サイズよりも容易に小さくすることができる。その結果、拡大されて投影された第１格子の格子パターンが検出されることに起因して画像の画質が劣化することを、より容易に抑制することができる。
【0014】
上記第１の局面におけるＸ線位相イメージング装置において、好ましくは、Ｘ線源の焦点サイズの大きさに起因して生じる、拡大されて投影された第１格子の格子パターンのぼけ量が、拡大されて投影された第１格子の格子パターンが検出器によって検出されなくなるぼけ量となるように、Ｘ線源の焦点サイズが設定される。このように構成すれば、焦点サイズを小さくすることに起因して、Ｘ線が照射されることにより拡大されて投影された第１格子の格子パターンが検出される場合でも、拡大されて投影された第１格子の格子パターンをぼけさせることができる。その結果、拡大されて投影された第１格子の格子パターンを検出器で検出できなくなるまでぼけさせることが可能となるので、拡大されて投影された第１格子の格子パターンに起因して、画像の画質が劣化することを抑制することができる。
【0015】
ここで、本願発明者らが鋭意検討した結果、ぼけ量が、拡大されて投影された第１格子の格子パターンの１周期の３．０倍以上となった場合に、拡大されて投影された第１格子の格子パターンが検出器によって検出されないという知見を得た。この発明の第２の局面によるＸ線位相イメージング装置は、この知見に基づいて、拡大されて投影された第１格子の格子パターンが検出器によって検出されなくなるぼけ量となるように、Ｘ線源の焦点サイズが設定される。すなわち、この発明による第２の局面によるＸ線位相イメージング装置は、被写体にＸ線を照射するＸ線源と、Ｘ線源から照射されたＸ線を検出する検出器と、Ｘ線源と検出器との間に配置され、Ｘ線源から照射されるＸ線の可干渉性を高める第１格子と、第１格子からのＸ線が照射される第２格子とを含む複数の格子と、検出器によって検出された信号に基づいて位相コントラスト画像を生成する画像処理部と、を備え、Ｘ線源は、焦点サイズを小さくすることに起因して、Ｘ線が照射されることにより拡大されて投影された第１格子の格子パターンが検出される場合に、拡大されて投影された第１格子の格子パターンが、検出器によって検出されないように、第１格子とＸ線源との相対的な配置またはＸ線源の焦点サイズが調整され、Ｘ線源の焦点サイズの大きさに起因して生じる、拡大されて投影された第１格子の格子パターンのぼけ量が、拡大されて投影された第１格子の格子パターンが前記検出器によって検出されなくなるぼけ量となるように、Ｘ線源の焦点サイズが設定され、Ｘ線源は、ぼけ量が、拡大されて投影された第１格子の格子パターンの１周期の３．０倍以上、の範囲となるように、Ｘ線源の焦点サイズが設定される。このように構成すれば、拡大されて投影された第１格子の格子パターンを、検出器によって検出されなくなるまで容易にぼけさせることができる。その結果、拡大されて投影された第１格子の格子パターンに起因して、画像の画質が劣化することを容易に抑制することができる。
【0016】
上記拡大されて投影された第１格子の格子パターンが検出器によって検出されなくなるぼけ量となるように、Ｘ線源の焦点サイズが設定される構成において、好ましくは、Ｘ線源は、拡大されて投影された第１格子の格子パターンの１周期が、検出器の画素サイズよりも大きくなる場合に、以下の式（５）により定義されるぼけ量の大きさが、以下の式（６）を満たすように、Ｘ線源の焦点サイズが設定される。
ここで、ｂは、上記ぼけ量である。また、ｓは、Ｘ線源の焦点サイズである。
このように構成すれば、拡大されて投影された第１格子の格子パターンの１周期の大きさを、検出器の画素サイズよりも小さくすることが困難な場合でも、拡大されて投影された第１格子の格子パターンが検出器によって検出されることを容易に抑制することができる。その結果、Ｘ線源の焦点サイズｓを、上記式（６）を満たす焦点サイズに調整することにより、拡大されて投影された第１格子の格子パターンに起因して画像の画質が劣化することを容易に抑制することができる。
【数2】
このように構成すれば、拡大されて投影された第１格子の格子パターンの１周期の大きさを、検出器の画素サイズよりも小さくすることが困難な場合でも、拡大されて投影された第１格子の格子パターンが検出器によって検出されることを容易に抑制することができる。その結果、Ｘ線源の焦点サイズｓを、上記式（６）を満たす焦点サイズに調整することにより、拡大されて投影された第１格子の格子パターンに起因して画像の画質が劣化することを容易に抑制することができる。
【0017】
上記第１の局面におけるＸ線位相イメージング装置において、好ましくは、第２格子と、検出器との間に配置された第３格子をさらに含む。このように構成すれば、検出器の画素サイズの大きさが、第２格子の自己像の１周期の大きさよりも大きい場合でも、モアレ縞を検出することにより、位相コントラスト画像を生成することができる。その結果、検出器の画素サイズに依存することなく位相コントラスト画像を生成することが可能となるので、検出器の選択の自由度を向上させることができる。
【発明の効果】
【0018】
本発明によれば、上記のように、Ｘ線源の焦点サイズを小さくすることにより鮮明度を高めて撮像する場合でも、得られる画像の画質が劣化することを抑制することが可能なＸ線位相イメージング装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【図1】第１実施形態によるＸ線位相イメージング装置をＸ方向から見た模式図である。
【図2】第１実施形態によるＸ線位相イメージング装置が備える格子移動機構の斜視図である。
【図3】第１比較例による検出器によって検出される拡大されて投影された第１格子の格子パターンを説明するための模式図である。
【図4】第１比較例によるＸ線位相イメージング装置によって取得される吸収像の模式図（Ａ）、位相微分像の模式図（Ｂ）および暗視野像の模式図（Ｃ）である。
【図5】第１実施形態による検出器によって検出される拡大されて投影された第１格子の格子パターンを説明するための模式図である。
【図6】第１実施形態によるＸ線位相イメージング装置によって取得される吸収像の模式図（Ａ）、位相微分像の模式図（Ｂ）および暗視野像の模式図（Ｃ）である。
【図7】第２実施形態による検出器によって検出される拡大されて投影された第１格子の格子パターンのぼけ量を説明するための模式図である。
【図8】第２比較例による検出器によって検出される拡大されて投影された第１格子の格子パターンのぼけ量を説明するための模式図である。
【図9】Ｘ線源の焦点サイズを変更した場合の、拡大されて投影された第１格子の格子パターンの変化と、フーリエ変換画像の変化とを説明するための模式図である。
【図10】変形例によるＸ線位相イメージング装置をＸ方向から見た模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0020】
以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。
【0021】
【0022】
（Ｘ線位相イメージング装置の構成）
まず、図１を参照して、本発明の本実施形態によるＸ線位相イメージング装置１００の構成について説明する。
まず、図１を参照して、本発明の本実施形態によるＸ線位相イメージング装置１００の構成について説明する。
【0023】
図１に示すように、Ｘ線位相イメージング装置１００は、タルボ（Ｔａｌｂｏｔ）効果を利用して、被写体Ｑの内部を画像化する装置である。Ｘ線位相イメージング装置１００は、複数の格子のうち、いずれか１つを、格子の周期方向（Ｙ方向）に並進移動させながら被写体Ｑを撮像するように構成されている。
【0024】
図１に示すように、Ｘ線位相イメージング装置１００は、Ｘ線源１と、検出器２と、第１格子３と第２格子４とを含む複数の格子と、画像処理部５と、制御部６と、記憶部７と、格子移動機構８と、を備えている。なお、本明細書において、Ｘ線源１から第１格子３に向かう方向をＺ２方向、その逆向きの方向をＺ１方向とする。また、Ｚ方向と直交する紙面内の左右方向をＸ方向とし、図１の紙面の奥に向かう方向をＸ２方向、図１の紙面の手前側に向かう方向をＸ１方向とする。また、Ｚ方向と直交する面内の上下方向をＹ方向とし、上方向をＹ１方向、下方向をＹ２方向とする。
【0025】
Ｘ線源１は、高電圧が印加されることにより、Ｘ線を発生させるとともに、発生されたＸ線を被写体Ｑに向けて照射するように構成されている。なお、Ｘ線源１は、焦点サイズｓが調整されることにより、得られる画像の鮮明度が調整される。焦点サイズｓを小さくした場合、得られる画像の鮮明度を高めることができる。
【0026】
第１格子３は、Ｙ方向に所定の周期（ピッチ）ｐ０で配列される複数のスリット３ａおよび、Ｘ線吸収部３ｂを有している。各スリット３ａおよびＸ線吸収部３ｂはそれぞれ、Ｘ方向に沿って直線状に延びるように形成されている。また、各スリット３ａおよびＸ線吸収部３ｂはそれぞれ、互いに平行に延びるように形成されている。第１格子３は、いわゆる吸収格子である。第１格子３には、Ｘ線源１からＸ線が照射される。第１格子３は、各スリット３ａを通過したＸ線を、各スリット３ａの位置に対応する線光源とするように構成されている。
【0027】
第２格子４は、第１格子３と、検出器２との間に配置されており、第１格子３を通過したＸ線が照射される。第２格子４は、タルボ効果により、第２格子４の自己像（図示せず）を形成するために設けられている。可干渉性を有するＸ線が、スリットが形成された格子を通過すると、格子から所定の距離（タルボ距離）離れた位置に、格子の像（自己像）が形成される。これをタルボ効果という。
【0028】
第２格子４は、Ｙ方向に所定の周期（ピッチ）ｐ３で配列される複数のスリット４ａおよび、Ｘ線位相変化部４ｂを有している。各スリット４ａおよびＸ線位相変化部４ｂはそれぞれ、Ｘ方向に沿って直線状に延びるように形成されている。また、各スリット４ａおよびＸ線位相変化部４ｂはそれぞれ、互いに平行に延びるように形成されている。第２格子４は、いわゆる位相格子である。第１格子３、第２格子４はそれぞれ異なる役割を持つ格子であるが、スリット３ａおよびスリット４ａはそれぞれＸ線を透過させる。また、Ｘ線吸収部３ｂはＸ線を遮蔽する役割を担っており、Ｘ線位相変化部４ｂはスリット４ａとの屈折率の違いによってＸ線の位相を変化させる。
【0029】
検出器２は、Ｘ線を検出するとともに、検出されたＸ線を電気信号に変換し、変換された電気信号を画像信号として読み取るように構成されている。検出器２は、たとえば、ＦＰＤ（Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）である。検出器２は、複数の変換素子（図示せず）と複数の変換素子上に配置された画素電極（図示せず）とにより構成されている。複数の変換素子および画素電極は、所定の周期（画素サイズｐ２）で、Ｘ方向およびＹ方向にアレイ状に配列されている。また、検出器２は、取得した画像信号を、画像処理部５に出力するように構成されている。
【0030】
画像処理部５は、検出器２から出力された画像信号に基づいて、位相コントラスト画像１５（図４参照）を生成するように構成されている。第１実施形態では、画像処理部５は、たとえば、位相コントラスト画像１５として、吸収像１５ａ（図４参照）、位相微分像１５ｂ（図４参照）および暗視野像１５ｃ（図４参照）を生成する。画像処理部５は、たとえば、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）または画像処理用に構成されたＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）などのプロセッサを含む。
【0031】
制御部６は、格子移動機構８を制御して、第２格子４を移動させるように構成されている。制御部６は、たとえば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）およびＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）などを含む。
【0032】
記憶部７は、画像処理部５が生成した位相コントラスト画像１５などを保存するように構成されている。記憶部７は、たとえば、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）や不揮発性のメモリなどを含む。
【0033】
格子移動機構８は、制御部６の制御の下、第２格子４を移動可能に構成されている。また、格子移動機構８は、第２格子４を保持している。
【0034】
（格子移動機構）
図２に示すように、格子移動機構８は、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向、Ｚ方向の軸線周りの回転方向Ｒｚ、Ｘ方向の軸線周りの回転方向Ｒｘ、および、Ｙ方向の軸線周りの回転方向Ｒｙに第１格子３を移動可能に構成されている。具体的には、格子移動機構８は、Ｘ方向直動機構８０と、Ｙ方向直動機構８１と、Ｚ方向直動機構８２と、直動機構接続部８３と、ステージ支持部駆動部８４と、ステージ支持部８５と、ステージ駆動部８６と、ステージ８７とを含む。Ｘ方向直動機構８０は、Ｘ方向に移動可能に構成されている。Ｘ方向直動機構８０は、たとえば、モータなどを含む。Ｙ方向直動機構８１は、Ｙ方向に移動可能に構成されている。Ｙ方向直動機構８１は、たとえば、モータなどを含む。Ｚ方向直動機構８２は、Ｚ方向に移動可能に構成されている。Ｚ方向直動機構８２は、たとえば、モータなどを含む。
図２に示すように、格子移動機構８は、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向、Ｚ方向の軸線周りの回転方向Ｒｚ、Ｘ方向の軸線周りの回転方向Ｒｘ、および、Ｙ方向の軸線周りの回転方向Ｒｙに第１格子３を移動可能に構成されている。具体的には、格子移動機構８は、Ｘ方向直動機構８０と、Ｙ方向直動機構８１と、Ｚ方向直動機構８２と、直動機構接続部８３と、ステージ支持部駆動部８４と、ステージ支持部８５と、ステージ駆動部８６と、ステージ８７とを含む。Ｘ方向直動機構８０は、Ｘ方向に移動可能に構成されている。Ｘ方向直動機構８０は、たとえば、モータなどを含む。Ｙ方向直動機構８１は、Ｙ方向に移動可能に構成されている。Ｙ方向直動機構８１は、たとえば、モータなどを含む。Ｚ方向直動機構８２は、Ｚ方向に移動可能に構成されている。Ｚ方向直動機構８２は、たとえば、モータなどを含む。
【0035】
格子移動機構８は、Ｘ方向直動機構８０の動作により、第１格子３をＸ方向に移動させるように構成されている。また、格子移動機構８は、Ｙ方向直動機構８１の動作により、第１格子３をＹ方向に移動させるように構成されている。また、格子移動機構８は、Ｚ方向直動機構８２の動作により、第１格子３をＺ方向に移動させるように構成されている。
【0036】
ステージ支持部８５は、ステージ８７を下方（Ｙ１方向）から支持している。ステージ駆動部８６は、ステージ８７をＸ方向に往復移動させるように構成されている。ステージ８７は、底部がステージ支持部８５に向けて凸曲面状に形成されており、Ｘ方向に往復移動されることにより、Ｚ方向の軸線周り（Ｒｚ方向）に回動するように構成されている。また、ステージ支持部駆動部８４は、ステージ支持部８５をＺ方向に往復移動させるように構成されている。また、ステージ支持部８５は底部が直動機構接続部８３に向けて凸曲面状に形成されており、Ｚ方向に往復移動されることにより、Ｘ方向の軸線周り（Ｒｘ方向）に回動するように構成されている。また、直動機構接続部８３は、Ｙ方向の軸線周り（Ｒｙ方向）に回動可能にＸ方向直動機構８０に設けられている。したがって、格子移動機構８は、格子をＹ方向の中心軸線周りに回動させることができる。
【0037】
ここで、被写体Ｑを拡大して撮像する場合、鮮明度を高めることなく拡大して撮像すると、得られる位相コントラスト画像１５が不鮮明となる場合がある。そこで、得られる位相コントラスト画像１５の鮮明度を高めることが考えられる。Ｘ線源１の焦点サイズｓを小さくすることにより、得られる位相コントラスト画像１５の鮮明度を高めることができる。しかしながら、Ｘ線源１の焦点サイズｓを小さくした場合、第１格子３が解像されることにより、検出器２において、第１格子３の格子パターン９（図１参照）が拡大されて投影される。拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９の周期ｐ１（図１参照）の大きさによっては、拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９が検出器２によって検出される場合がある。以下、図３を参照して、拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９が検出器２によって検出される場合について説明する。
【0038】
（第１比較例）
図３は、拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９が検出器２によって検出される場合の比較例によるＸ線位相イメージング装置２００をＸ方向から見た模式図である。図３に示すように、Ｘ線位相イメージング装置２００は、Ｘ線源１１と、検出器１２と、第１格子１３と、制御部（図示せず）と、記憶部（図示せず）と、格子移動機構（図示せず）とを備える。なお、図３に示すＸ線源１１と、検出器１２と、第１格子１３とは、それぞれ、図１に示すＸ線位相イメージング装置１００が備えるＸ線源１と、検出器２と、第１格子３と、同様の構成である。
図３は、拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９が検出器２によって検出される場合の比較例によるＸ線位相イメージング装置２００をＸ方向から見た模式図である。図３に示すように、Ｘ線位相イメージング装置２００は、Ｘ線源１１と、検出器１２と、第１格子１３と、制御部（図示せず）と、記憶部（図示せず）と、格子移動機構（図示せず）とを備える。なお、図３に示すＸ線源１１と、検出器１２と、第１格子１３とは、それぞれ、図１に示すＸ線位相イメージング装置１００が備えるＸ線源１と、検出器２と、第１格子３と、同様の構成である。
【0039】
図３に示す例は、Ｘ線源１と、第１格子１３との間の距離が、距離Ｒ１となる位置に第１格子１３を配置している。また、図３に示す例は、Ｘ線源１１と検出器１４との間の距離が、距離Ｒ２となる位置に検出器１４を配置している。
【0040】
図３では、第１格子１３は、拡大されて投影された第１格子３の格子パターン１９の１周期ｐ４の大きさが、検出器１２の画素サイズｐ２の大きさよりも大きくなる例を示している。拡大されて投影された第１格子１３の格子パターン１９の１周期ｐ４の大きさが、検出器１２の画素サイズｐ２よりも大きくなる場合、拡大されて投影された第１格子３の格子パターン１９が解像され、生成される位相コントラスト画像１５において、拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９が縞模様ＳＰ（図４参照）として検出される。
【0041】
図４（Ａ）は、第１比較例によるＸ線位相イメージング装置２００によって得られる吸収像１５ａの模式図である。図４（Ｂ）は、第１比較例によるＸ線位相イメージング装置２００によって得られる位相微分像１５ｂの模式図である。図４（Ｃ）は、第１比較例によるＸ線位相イメージング装置２００によって得られる暗視野像１５ｃの模式図である。図４（Ａ）～図４（Ｃ）に示す各位相コントラスト画像１５において、拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９に起因する縞模様ＳＰが検出される。そのため、位相コントラスト画像１５の画質が劣化している。
【0042】
そこで、第１実施形態では、Ｘ線源１は、焦点サイズｓを小さくすることに起因して、Ｘ線が照射されることにより拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９が検出される場合に、拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９が、検出器２によって検出されないように、第１格子３とＸ線源１との相対的な配置が調整される。具体的には、Ｘ線源１は、検出器２によって解像されることにより、拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９の縞模様ＳＰが検出されないように、第１格子３とＸ線源１との相対的な配置が調整される。
【0043】
図５に示すように、第１実施形態では、Ｘ線源１は、Ｘ線の光軸方向（Ｚ方向）において、拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９が検出器２によって検出されない位置に、第１格子３から離間して配置される。具体気には、Ｘ線源１は、拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９の１周期ｐ１が、検出器２の画素サイズｐ２よりも小さくなるような拡大率ｍとなる位置に配置される。より具体的には、Ｘ線源１は、以下の式（１）～（３）を定義した場合、以下の式（４）を満たすような位置に配置される。なお、図５には、比較のために、第１比較例によるＸ線位相イメージング装置２００におけるＸ線源１１を破線で図示している。
なお、ｍは、拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９の拡大率である。また、Ｒは、Ｘ線源１と検出器２との間の距離である。また、ｒ０は、Ｘ線源１と第１格子３との間の距離である。また、ｐ１は、拡大されて投影された第１格子３の周期である。また、ｐ０は、第１格子３の周期である。また、ｎは、拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９に含まれる画素数である。また、ｐ２は、検出器２の画素サイズである。
【数3】
【0044】
図５に示すように、上記式（４）を満たす位置にＸ線源１を配置した場合、拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９の１周期ｐ１が、検出器２の画素サイズｐ２よりも小さくなる。そのため、検出器２によって拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９が検出されなくなる。なお、Ｘ線源１と第１格子３との間の距離ｒ０を遠ざけると、検出器２に到達するＸ線の線量が低下する。そのため、Ｘ線の線量不足に起因する位相コントラスト画像１５の画質の劣化を抑制するために、撮像時間を長くしなければならない。しかしながら、撮像時間を長くすると、被ばく量が増加するため、好ましくない。
【0045】
そこで、第１実施形態では、拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９に起因する位相コントラスト画像１５の画質の劣化を抑制しつつ、被ばく量を増加させないために、上記式（４）におけるｎが１に近づくような相対位置にＸ線源１と第１格子３とを配置する。好ましくは、ｎ＝１となる相対位置にＸ線源１と第１格子３とを配置する。また、拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９に起因する位相コントラスト画像１５の画質の劣化をより抑制したい場合には、ｎが０．８～０．９となる位置に相対位置にＸ線源１と第１格子３とを配置してもよい。すなわち、ｎの値が、以下の式（７）を満たすような相対位置に、相対位置にＸ線源１と第１格子３とを配置すればよい。
【数4】
【0046】
図６（Ａ）は、第１実施形態によるＸ線位相イメージング装置１００によって得られる吸収像１５ａの模式図である。図６（Ｂ）は、第１実施形態によるＸ線位相イメージング装置１００によって得られる位相微分像１５ｂの模式図である。図６（Ｃ）は、第１実施形態によるＸ線位相イメージング装置１００によって得られる暗視野像１５ｃの模式図である。図６（Ａ）～図６（Ｃ）に示す各位相コントラスト画像１５では、図４（Ａ）～図４（Ｃ）に示す各位相コントラスト画像１５と異なり、拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９に起因する縞模様ＳＰが検出されていない。したがって、上記式（４）を満たす位置にＸ線源１を配置することにより、鮮明度を高めた場合でも、位相コントラスト画像１５の画質が劣化することを抑制することができる。
【0047】
（第１実施形態の効果）
第１実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
第１実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
【0048】
第１実施形態では、上記のように、Ｘ線位相イメージング装置１００は、被写体ＱにＸ線を照射するＸ線源１と、Ｘ線源１から照射されたＸ線を検出する検出器２と、Ｘ線源１と検出器２との間に配置され、Ｘ線源１から照射されるＸ線の可干渉性を高める第１格子３と、第１格子３からのＸ線が照射される第２格子４とを含む複数の格子と、検出器２によって検出された信号に基づいて位相コントラスト画像１５を生成する画像処理部５と、を備え、Ｘ線源１は、焦点サイズｓを小さくすることに起因して、Ｘ線が照射されることにより拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９が検出される場合に、拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９が、検出器２によって検出されないように、第１格子３とＸ線源１との相対的な配置が調整される。これにより、Ｘ線源１の焦点サイズｓを小さくすることにより鮮明度を高めて撮像した場合でも、拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９が検出器２によって検出されることを抑制することができる。その結果、Ｘ線源１の焦点サイズｓを小さくすることにより鮮明度を高めて撮像する場合でも、得られる位相コントラスト画像１５の画質が劣化することを抑制することができる。
【0049】
また、第１実施形態では、上記のように、Ｘ線源１は、検出器２によって解像されることにより、拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９の縞模様ＳＰが検出されないように、第１格子３とＸ線源１との相対的な配置が調整される。これにより、第１格子３とＸ線源１との相対的な配置を調整することにより、拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９の縞模様ＳＰが検出器２によって解像されることを抑制することができる。その結果、たとえば、肉眼で認識できない鮮明度において、拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９の縞模様ＳＰが検出器２によって検出されることを抑制することが可能となるので、拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９に起因して位相コントラスト画像１５の画質が劣化することを、より抑制することができる。
【0050】
また、第１実施形態では、上記のように、Ｘ線源１は、Ｘ線の光軸方向（Ｚ方向）において、拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９が検出器２によって検出されない位置に、第１格子３から離間して配置される。これにより、焦点サイズｓを小さくすることに起因して、Ｘ線が照射されることにより拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９が検出される場合でも、拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９の拡大率ｍを小さくすることができる。その結果、拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９が解像されなくなるため、拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９が検出器２によって検出されることを抑制することが可能となり、拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９が検出されることに起因して画像の画質が劣化することを抑制することができる。
【0051】
また、第１実施形態では、上記のように、Ｘ線源１は、拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９の１周期ｐ１が、検出器２の画素サイズｐ２よりも小さくなるような拡大率ｍとなる位置に配置される。これにより、拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９の１周期ｐ１の大きさを、検出器２の画素サイズｐ２よりも小さくすることが可能となるので、拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９が検出器２によって検出されることをより抑制することができる。その結果、拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９が検出されることに起因して位相コントラスト画像１５の画質が劣化することをより抑制することができる。
【0052】
また、第１実施形態では、上記のように、Ｘ線源１は、上記式（１）～（３）を定義した場合、上記式（４）を満たすような位置に配置される。これにより、上記式（４）を満たす位置にＸ線源１を配置することにより、拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９の１周期ｐ１の大きさを、検出器２の画素サイズｐ２よりも容易に小さくすることができる。その結果、拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９が検出されることに起因して位相コントラスト画像１５の画質が劣化することを、より容易に抑制することができる。
【0053】
［第２実施形態］
次に、図１および図７～図９を参照して、第２実施形態によるＸ線位相イメージング装置３００（図１参照）の構成について説明する。拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９が検出器２において検出されなくなるようにＸ線源１と第１格子３との間の距離ｒ０を調整する第１実施形態と異なり、第２実施形態によるＸ線位相イメージング装置３００では、Ｘ線が照射されることにより拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９が、検出器２によって検出されないように、Ｘ線源１の焦点サイズｓが調整される。なお、上記第１実施形態と同様の構成については同様の符号を付し、説明を省略する。
次に、図１および図７～図９を参照して、第２実施形態によるＸ線位相イメージング装置３００（図１参照）の構成について説明する。拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９が検出器２において検出されなくなるようにＸ線源１と第１格子３との間の距離ｒ０を調整する第１実施形態と異なり、第２実施形態によるＸ線位相イメージング装置３００では、Ｘ線が照射されることにより拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９が、検出器２によって検出されないように、Ｘ線源１の焦点サイズｓが調整される。なお、上記第１実施形態と同様の構成については同様の符号を付し、説明を省略する。
【0054】
図１に示すように、Ｘ線位相イメージング装置３００は、Ｘ線源１と、検出器２と、第１格子３と、第２格子４と、画像処理部５と、制御部６と、記憶部７と、格子移動機構８とを備える。Ｘ線位相イメージング装置３００は、Ｘ線源１と第１格子３との間の距離ｒ０およびＸ線源１の焦点サイズｓが異なる点を除いて、第１実施形態によるＸ線位相イメージング装置１００と同様の構成である。
【0055】
第２実施形態では、Ｘ線が照射されることにより拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９が、検出器２によって検出されないように、Ｘ線源１の焦点サイズｓが調整される。具体的には、Ｘ線源１の焦点サイズｓの大きさに起因して生じる、拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９のぼけ量ｂが、拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９が検出器２によって検出されなくなるぼけ量ｂとなるように、Ｘ線源１の焦点サイズｓが設定される。
【0056】
ここで、図７を参照して、ぼけ量ｂについて説明する。図７に示すように、Ｘ線源１のＹ１方向側から照射されるＸ線ＸＲ１と、Ｘ線源１のＹ２方向側から照射されるＸ線ＸＲ２とでは、第１格子３の同一箇所に向けて照射された場合でも、検出器２において到達するＹ方向の位置が異なる。検出器２において到達する位置が異なるため、拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９の輪郭がぼける。拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９の輪郭がぼける量が、ぼけ量ｂである。ぼけ量ｂが小さい場合、拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９の縞模様ＳＰの輪郭が鮮明となり、縞模様ＳＰが鮮明に検出される。一方、ぼけ量ｂが大きい場合、拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９の輪郭が不鮮明となり、縞模様ＳＰが鮮明に検出されなくなり、ぼけ量ｂが所定の大きさ以上になると、縞模様ＳＰとして検出されなくなる。
【0057】
拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９のぼけ量ｂは、以下に示す式（５）により取得される。
【数5】
【0058】
鮮明度を高めて撮像することにより、位相コントラスト画像１５を取得する場合、Ｘ線源１の焦点サイズｓを小さくすることが考えらえる。以下、図８を参照して、Ｘ線源の焦点サイズを小さくした場合のぼけ量ｂについて説明する。
【0059】
（第２比較例）
図８に示すＸ線位相イメージング装置４００は、Ｘ線源２１と、検出器２２と、第１格子３３と、を備えている。Ｘ線源２１は、焦点サイズｓｃが、上記第１実施形態によるＸ線源１の焦点サイズｓよりも小さい点を除いて、Ｘ線源１と同様の構成である。また、検出器２２、および第１格子３３は、それぞれ、上記第１実施形態による検出器２および第１格子３と同様の構成である。
図８に示すＸ線位相イメージング装置４００は、Ｘ線源２１と、検出器２２と、第１格子３３と、を備えている。Ｘ線源２１は、焦点サイズｓｃが、上記第１実施形態によるＸ線源１の焦点サイズｓよりも小さい点を除いて、Ｘ線源１と同様の構成である。また、検出器２２、および第１格子３３は、それぞれ、上記第１実施形態による検出器２および第１格子３と同様の構成である。
【0060】
図８に示す例では、Ｘ線源２１の焦点サイズｓｃが、Ｘ線源１の焦点サイズｓよりも小さい場合を示している。図８に示す構成においても、Ｘ線源２１の焦点サイズｓｃとぼけ量ｂｃとの関係は、上記式（５）と同様である。したがって、Ｘ線源２１の焦点サイズｓｃが小さくなると、拡大されて投影された第１格子１３の格子パターン９のぼけ量ｂｃが小さくなる。拡大されて投影された第１格子１３の格子パターン９のぼけ量ｂｃが小さくなると、拡大されて投影された第１格子１３の格子パターン９の縞模様ＳＰ（図示せず）が鮮明となるため、位相コントラスト画像１５において、拡大されて投影された第１格子１３の格子パターン９の縞模様ＳＰが検出される。
【0061】
ここで、本発明の発明者らは、拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９のぼけ量ｂが、拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９の１周期ｐ１の３．０倍以上の範囲となる場合に、拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９が検出器２によって検出されなくなるという知見を得た。
【0062】
上記知見に基づいて、第２実施形態では、Ｘ線源１は、ぼけ量ｂが、拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９の１周期ｐ１の３．０倍以上の範囲となるように、Ｘ線源１の焦点サイズｓが設定される。具体的には、Ｘ線源１は、拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９の１周期ｐ１が、検出器２の画素サイズｐ２よりも大きくなる場合に、上記式（５）により定義されるぼけ量ｂの大きさが、以下の式（６）を満たすように、Ｘ線源１の焦点サイズｓが設定される。
【数6】
【0063】
なお、Ｘ線源１および複数の格子の配置によっては、ぼけ量ｂが拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９の１周期ｐ１の３．０倍となるようにＸ線源１の焦点サイズｓを調整したとしても、第１格子３の格子パターン９が検出される場合がある。そのような場合は、第１格子３の格子パターン９が検出されないようなぼけ量ｂの大きさとなるように、Ｘ線源１の焦点サイズｓを調整すればよい。たとえば、ぼけ量ｂの大きさが、ぼけ量ｂが拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９の１周期ｐ１の６．５倍となるように、Ｘ線源１の焦点サイズｓを調整すればよい。また、ぼけ量ｂの上限については、特に制限はないが、得られる位相コントラスト画像１５の画質の劣化が許容できる範囲において、拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９が検出されないようにＸ線源１の焦点サイズｓを調整すればよい。
【0064】
第１実施形態では、Ｘ線源１と第１格子３との間の距離ｒ０を大きくすることにより、拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９を検出器２において検出されなくする構成であった。しかしながら、たとえば、鮮明度を高めるために、Ｘ線源１の焦点サイズｓを小さく設定する際に、Ｘ線源１と第１格子３とを、上記式（４）を満たす位置にＸ線源１を配置できない場合がある。その場合でも、上記式（６）を満たす焦点サイズｓに設定することにより、位相コントラスト画像１５の鮮明度を高めつつ、拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９に起因して位相コントラスト画像１５の画質の劣化を抑制することができる。
【0065】
なお、図７に示すＸ線源１は、第１実施形態におけるＸ線源１の焦点サイズｓ（図１参照）および第２比較例におけるＸ線源２１の焦点サイズｓｃ（図８参照）よりも焦点サイズｓを大きく図示している。これは、第１実施形態におけるＸ線源１の焦点サイズｓおよび第２比較例におけるＸ線源２１の焦点サイズｓｃが、鮮明度を高めるために焦点サイズｓおよび焦点サイズｓｃを小さくしているからである。なお、第２実施形態におけるＸ線源１の焦点サイズｓは、一般的なＸ線撮像を行う際のＸ線源の焦点サイズよりも小さく設定される。すなわち、第２実施形態におけるＸ線源１の焦点サイズｓは、鮮明度を高めるために、通常のＸ線撮影を行う際の焦点サイズよりも小さく設定され、かつ、ぼけ量ｂを上記式（６）の範囲とするために、上記第１実施形態におけるＸ線源１の焦点サイズｓよりも大きく設定される。
【0066】
（実験例）
次に、図９を参照して、上記知見を得た実験について説明する。
次に、図９を参照して、上記知見を得た実験について説明する。
【0067】
図９は、拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９のぼけ量ｂの範囲を取得するために、Ｘ線源１の焦点サイズｓを変更して撮像したＸ線画像１７およびＸ線画像１７をフーリエ変換（ＦＴ）することにより得られたフーリエ変換画像１８である。なお、フーリエ変換画像１８には、０次ピーク３０と、１次ピーク３１とが写っている。フーリエ変換画像１８における０次ピーク３０と１次ピーク３１とのうち、拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９の縞模様ＳＰに起因するピークが１次ピーク３１である。
【0068】
図９に示す実験例では、Ｘ線画像１７における拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９の縞模様ＳＰの有無を、フーリエ変換画像１８における１次ピーク３１が検出されたか否かによって判定している。すなわち、肉眼において拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９の縞模様ＳＰが確認できない場合でも、フーリエ変換画像１８において１次ピーク３１が編出された場合には、Ｘ線画像１７において拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９の縞模様ＳＰが検出されとみなす。
【0069】
なお、図９に示す例では、Ｘ線源１と検出器２との間の距離Ｒが、１１２０ｍｍとなる位置にＸ線源１および検出器２を配置して実験を行った。また、図９に示す例では、Ｘ線源１と、第１格子３との間の距離ｒ０が、１００ｍｍとなる位置に、Ｘ線源１および第１格子３を配置して実験を行った。また、図９に示す例では、格子周期ｐ０が、９μｍである第１格子３を用いて実験を行った。また、図９に示す例では、画素サイズｐ２が７５μｍである検出器２を用いて実験を行った。以上の条件により、図９に示す例では、拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９の周期ｐ１が１００．８μｍとなり、上記式（４）におけるｎが、１．３４となる条件において実験を行った。
【0070】
図９（Ａ）に示す例は、Ｘ線源１の焦点サイズｓを１０μｍに設定して撮像されたＸ線画像１７ａの模式図である。Ｘ線源１の焦点サイズｓが１０μｍに設定されているため、拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９のぼけ量ｂが、１０２μｍとなった。すなわち、Ｘ線画像１７ａは、拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９のぼけ量ｂが、拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９の１周期ｐ１の１．０１倍となるように、Ｘ線源１の焦点サイズｓを調整した例である。Ｘ線画像１７ａでは、拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９の縞模様ＳＰが確認できた。
【0071】
Ｘ線画像１７ａをフーリエ変換して得られたフーリエ変換画像１８ａでは、０次ピーク３０と、１次ピーク３１とが確認できた。したがって、Ｘ線源１の焦点サイズｓを１０μｍに設定した場合には、Ｘ線画像１７ａにおいて、拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９の縞模様ＳＰを確認することができたとともに、フーリエ変換画像１８ａにおいても、拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９に起因する１次ピーク３１が確認できた。
【0072】
図９（Ｂ）に示す例は、Ｘ線源１の焦点サイズｓを１２μｍに設定したため、拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９のぼけ量ｂが、１２２μｍとなったＸ線画像１７ｂの模式図である。すなわち、Ｘ線画像１７ｂは、拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９のぼけ量ｂが、拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９の１周期ｐ１の１．２１倍となるように、Ｘ線源１の焦点サイズｓを調整した例である。Ｘ線画像１７ｂにおいても、拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９の縞模様ＳＰが確認できた。
【0073】
Ｘ線画像１７ｂをフーリエ変換して得られたフーリエ変換画像１８ｂでは、０次ピーク３０と、１次ピーク３１とが確認できた。したがって、Ｘ線源１の焦点サイズｓを１２μｍに設定した場合には、Ｘ線画像１７ｂにおいて、拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９の縞模様ＳＰを確認することができたとともに、フーリエ変換画像１８ｂにおいても、拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９に起因する１次ピーク３１が確認できた。
【0074】
図９（Ｃ）に示す例は、Ｘ線源１の焦点サイズｓを１４μｍに設定したため、拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９のぼけ量ｂが、１４３μｍとなったＸ線画像１７ｃの模式図である。すなわち、Ｘ線画像１７ｃは、拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９のぼけ量ｂが、拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９の１周期ｐ１の１．４２倍となるように、Ｘ線源１の焦点サイズｓを調整した場合の例である。Ｘ線画像１７ｃにおいても、拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９の縞模様ＳＰが確認できた。
【0075】
Ｘ線画像１７ｃをフーリエ変換して得られたフーリエ変換画像１８ｃでは、０次ピーク３０と、１次ピーク３１とが確認できた。したがって、Ｘ線源１の焦点サイズｓを１４μｍに設定した場合には、Ｘ線画像１７ｃにおいて、拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９の縞模様ＳＰを確認することができたとともに、フーリエ変換画像１８Ｃにおいても、拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９に起因する１次ピーク３１が確認できた。
【0076】
図９（Ｄ）に示す例は、Ｘ線源１の焦点サイズｓを１６μｍに設定したため、拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９のぼけ量ｂが、１６３μｍとなったＸ線画像１７ｄの模式図である。すなわち、Ｘ線画像１７ｄは、拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９のぼけ量ｂが、拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９の１周期ｐ１の１．６２倍となるように、Ｘ線源１の焦点サイズｓを調整した場合の例である。Ｘ線画像１７ｄにおいては、拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９の縞模様ＳＰは確認できなかった。
【0077】
Ｘ線画像１７ｄをフーリエ変換して得られたフーリエ変換画像１８ｄでは、０次ピーク３０と、１次ピーク３１とが確認できた。Ｘ線源１の焦点サイズｓを１６μｍに設定した場合には、Ｘ線画像１７ｄにおいて、拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９の縞模様ＳＰを確認することがでなかった。しかし、フーリエ変換画像１８ｂにおいては、拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９に起因する１次ピーク３１が確認できた。
【0078】
図９（Ｅ）に示す例は、Ｘ線源１の焦点サイズｓが３０μｍに設定されているため、拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９のぼけ量ｂが、３０６μｍとなっているＸ線画像１７ｅ。したがって、Ｘ線画像１７ｅは、拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９のぼけ量ｂが、拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９の１周期ｐ１の３．０４倍となるように、Ｘ線源１の焦点サイズｓを調整した場合の例である。
【0079】
Ｘ線画像１７ｅをフーリエ変換して得られたフーリエ変換画像１８ｅでは、０次ピーク３０は確認できたが、１次ピーク３１は確認できなかった。Ｘ線源１の焦点サイズｓを３０μｍに設定した場合には、Ｘ線画像１７ｅにおいて、拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９の縞模様ＳＰを確認することができなかったとともに、フーリエ変換画像１８ｅにおいても、拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９に起因する１次ピーク３１が確認できなかった。
【0080】
図９（Ａ）～図９（Ｅ）に示すように、拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９のぼけ量ｂが大きくなるにつれて、Ｘ線画像１７における縞模様ＳＰが不鮮明となった。ぼけ量ｂが、拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９の１周期ｐ１の１．６倍以上になった場合に、肉眼で確認することができなくなった。また、フーリエ変換画像１８においては、拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９のぼけ量ｂが大きくなるにつれて、１次ピーク３１の強度（信号強度）が小さくなった。ぼけ量ｂが、拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９の１周期ｐ１の３倍以上になった場合に、１次ピーク３１が検出されなくなった。なお、図９に示す例では、便宜上、１次ピーク３１の強度（信号強度）を、１次ピーク３１の大きさおよび図示する線の太さで表現している。これらにより、ぼけ量ｂの範囲が上記式（６）に示す範囲となる場合に、拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９が検出されなくなるという実験結果を得た。
【0081】
なお、第２実施形態のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。
【0082】
（第２実施形態の効果）
第２実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
第２実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
【0083】
第２実施形態では、上記のように、被写体ＱにＸ線を照射するＸ線源１と、Ｘ線源１から照射されたＸ線を検出する検出器２と、Ｘ線源１と検出器２との間に配置され、Ｘ線源１から照射されるＸ線の可干渉性を高める第１格子３と、第１格子３からのＸ線が照射される第２格子４とを含む複数の格子と、検出器２によって検出された信号に基づいて位相コントラスト画像１５を生成する画像処理部５と、を備え、Ｘ線源１は、焦点サイズｓを小さくすることに起因して、Ｘ線が照射されることにより拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９が検出される場合に、拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９が、検出器２によって検出されないように、Ｘ線源１の焦点サイズｓが調整される。これにより、上記第１実施形態によるＸ線位相イメージング装置１００と同様に、Ｘ線源１の焦点サイズｓを小さくすることにより鮮明度を高めて撮像する場合でも、得られる位相コントラスト画像１５の画質が劣化することを抑制することができる。
【0084】
また、第２実施形態では、上記のように、Ｘ線源１の焦点サイズｓの大きさに起因して生じる、拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９のぼけ量ｂが、拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９が検出器２によって検出されなくなるぼけ量ｂとなるように、Ｘ線源１の焦点サイズｓが設定される。こにより、焦点サイズｓを小さくすることに起因して、Ｘ線が照射されることにより拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９が検出される場合でも、拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９をぼけさせることができる。その結果、拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９を検出器２で検出できなくなるまでぼけさせることが可能となるので、拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９に起因して、位相コントラスト画像１５の画質が劣化することを抑制することができる。
【0085】
また、第２実施形態では、上記のように、Ｘ線源１は、ぼけ量ｂが、拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９の１周期ｐ１の３．０倍以上の範囲となるように、Ｘ線源１の焦点サイズｓが設定される。これにより、拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９を、検出器２によって検出されなくなるまで容易にぼけさせることができる。その結果、拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９に起因して、位相コントラスト画像１５の画質が劣化することを容易に抑制することができる。
【0086】
また、第２実施形態では、上記のように、Ｘ線源１は、拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９の１周期ｐ１が、検出器２の画素サイズｐ２よりも大きくなる場合に、上記式（５）により定義されるぼけ量ｂの大きさが、上記式（６）を満たすように、Ｘ線源１の焦点サイズｓが設定される。これにより、拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９の１周期ｐ１の大きさを、検出器２の画素サイズｐ２よりも小さくすることが困難な場合でも、拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９が検出器２によって検出されることを容易に抑制することができる。その結果、Ｘ線源１の焦点サイズｓを、上記式（６）を満たす焦点サイズｓに調整することにより、拡大されて投影された第１格子３の格子パターン９に起因して位相コントラスト画像１５の画質が劣化することを容易に抑制することができる。
【0087】
（変形例）
なお、今回開示された実施形態および実験例は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態および実験例の説明ではなく、請求の範囲によって示され、さらに請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。
なお、今回開示された実施形態および実験例は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態および実験例の説明ではなく、請求の範囲によって示され、さらに請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。
【0088】
たとえば、上記第１および第２実施形態では、複数の格子として、第１格子３および第２格子４を含む構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、図１０に示すＸ線位相イメージング装置５００のように、第２格子４と検出器２との間に、第３格子２５を設ける構成でもよい。第３格子２５は、Ｙ方向に所定の周期（ピッチ）ｐ５で配列される複数のスリット２５ａおよびＸ線吸収部２５ｂを有している。各スリット２５ａおよびＸ線吸収部２５ｂはそれぞれ、Ｘ方向に沿って直線状に延びるように形成されている。また、各スリット２５ａおよびＸ線吸収部２５ｂはそれぞれ、互いに平行に延びるように形成されている。また、第３格子２５は、第２格子４と検出器２との間に配置されており、第２格子４を通過したＸ線が照射される。また、第３格子２５は、第２格子４からタルボ距離離れた位置に配置される。第３格子２５は、第２格子４の自己像と干渉して、検出器２の検出表面上にモアレ縞（図示せず）を形成する。これにより、検出器２の画素サイズｐ２の大きさが、第２格子４の自己像の１周期の大きさよりも大きい場合でも、モアレ縞を検出することにより、位相コントラスト画像１５（吸収像１５ａ、位相微分像１５ｂおよび暗視野像１５ｃ）を生成することができる。その結果、検出器２の画素サイズｐ２に依存することなく位相コントラスト画像１５（吸収像１５ａ、位相微分像１５ｂおよび暗視野像１５ｃ）を生成することが可能となるので、検出器２の選択の自由度を向上させることができる。
【0089】
また、上記第１および第２実施形態では、格子移動機構８が第２格子４を移動させる構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、格子移動機構８によって、第１格子３をＹ方向に移動させて撮像するように構成されていてもよい。また、複数の格子として、第３格子２５（図１０参照）を備える場合、格子移動機構８によって、第３格子２５をＹ方向に移動させて撮像するように構成されていてもよい。
【0090】
また、上記第１および第２実施形態では、第２格子４が位相格子である構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、第２格子４は、吸収格子であってもよい。
【0091】
また、上記第１および第２実施形態では、格子移動機構８によって第２格子４を移動させながら撮像する構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、第２格子４をＸ線の光軸方向周りにわずかに回転させることにより生じるモアレ縞を利用したモアレ１枚撮り手法においても、本発明を適用することが可能である。
【符号の説明】
【0092】
１ Ｘ線源
２ 検出器
３ 第１格子
４ 第２格子
６ 画像処理部
９ 拡大されて投影された第１格子の格子パターン
１５ 位相コントラスト画像
２５ 第３格子
１００、３００、５００ Ｘ線位相イメージング装置
ｂ ぼけ量
ｍ 第１格子の拡大率
ｎ 拡大されて投影された第１格子の格子パターンに含まれる画素数
ｐ０ 第１格子の格子周期
ｐ１ 拡大されて投影された第１格子の格子パターンの格子周期
ｐ２ 検出器の画素サイズ
Ｑ 被写体
Ｒ Ｘ線源と検出器との間の距離
ｒ０ Ｘ線源と第１格子との間の距離
ｓ Ｘ線源の焦点サイズ
ＳＰ 拡大されて投影された第１格子の格子パターンの縞模様
２ 検出器
３ 第１格子
４ 第２格子
６ 画像処理部
９ 拡大されて投影された第１格子の格子パターン
１５ 位相コントラスト画像
２５ 第３格子
１００、３００、５００ Ｘ線位相イメージング装置
ｂ ぼけ量
ｍ 第１格子の拡大率
ｎ 拡大されて投影された第１格子の格子パターンに含まれる画素数
ｐ０ 第１格子の格子周期
ｐ１ 拡大されて投影された第１格子の格子パターンの格子周期
ｐ２ 検出器の画素サイズ
Ｑ 被写体
Ｒ Ｘ線源と検出器との間の距離
ｒ０ Ｘ線源と第１格子との間の距離
ｓ Ｘ線源の焦点サイズ
ＳＰ 拡大されて投影された第１格子の格子パターンの縞模様
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】