JP7724089B2 - Ｘ線焦点形状評価装置およびｘ線焦点形状評価方法 - Google Patents

Description

本発明は、Ｘ線源のターゲットにおけるＸ線焦点形状を評価する装置および方法に関するものである。

日本産業規格ＪＩＳ Ｚ４７０４に、医用Ｘ線源のターゲットにおけるＸ線焦点寸法を評価する方法としてスリットカメラ法およびピンホールカメラ法が規定されている。スリットカメラ法では、一方向に長いスリットを有する遮蔽物体を用いて、Ｘ線源から出力されたＸ線のうちスリットを通過したＸ線の強度プロファイルを取得し、この強度プロファイルに基づいて焦点寸法を求める。ピンホールカメラ法では、ピンホールを有する遮蔽物体を用いて、Ｘ線源から出力されたＸ線のうちピンホールを通過したＸ線の強度プロファイルを取得し、この強度プロファイルに基づいて焦点寸法を求める。

ＪＩＳ Ｚ４６１５には、工業用Ｘ線源のターゲットにおけるＸ線焦点寸法を評価する方法が規定されている。しかし、この規格には、３００μｍ以上の焦点寸法の評価方法が規定されているのみであって、３００μｍ未満の焦点寸法の評価方法は定められていない。

Ｘ線源のターゲットにおける焦点寸法を測定する方法としてナイフエッジ法も知られている。ナイフエッジ法では、Ｘ線源から出力されたＸ線のビーム断面のうち一部を遮蔽物体により遮断してエッジ像を取得し、このエッジ像に基づいて焦点寸法を求める。

非特許文献１には、Ｘ線の伝搬経路上に配置された円柱状物体のエッジを含む範囲の位相コントラスト画像を取得すると、この位相コントラスト画像におけるエッジに対応する位置の近傍の範囲のＸ線強度分布のプロファイル形状が焦点寸法に対して相関を有している旨が記載されている。この相関を利用すれば、位相コントラスト画像におけるエッジ対応位置の近傍範囲のＸ線強度分布のプロファイル形状に基づいて焦点寸法を求めることができると考えられる。以下では、非特許文献１の記載に基づく焦点寸法測定方法を「比較例」とする。

特開２０２０－５７１６３号公報

Akira Ishisaka, et al., "ANew Method of Analyzing Edge Effect in Phase Contrast Imaging with IncoherentX-rays," Optical Review, Vol.7, No.6, (2000) 566-572.

スリットカメラ法およびピンホールカメラ法は、スリット幅やピンホール径を小さくすることに限界があることから、焦点寸法が小さい場合には利用が困難であり、焦点寸法が大きい場合に有効に用いられ得る。これに対して、ナイフエッジ方法は、焦点寸法が小さい場合にも用いられ得る。

これらのスリットカメラ法、ピンホールカメラ法およびナイフエッジ法では、遮蔽物体がＸ線を十分に遮蔽し得るだけの十分な厚さを有することが必要であり、また、スリット、ピンホールまたはエッジの断面を高精度に加工することが必要であるが、そのような厚い遮蔽物体のエッジを高精度に加工することは容易でない。これらの方法では、焦点寸法を高精度に測定するには、Ｘ線伝搬経路上に遮蔽物体を高精度に配置する必要があるが、その配置も容易でない。遮蔽物体の材料としてはＸ線吸収が大きいもの（原子番号が大きい金属）が用いられるが、そのような材料は高価である。

非特許文献１の記載に基づく比較例の測定方法は、スリットカメラ法、ピンホールカメラ法またはナイフエッジ法が有する問題を解消し得ると期待される。しかし、本発明者らは、比較例の測定方法により焦点寸法の測定を試みたところ、この測定方法が次のような問題点を有していることを見出した。すなわち、比較例の測定方法は、円柱状物体のＸ線吸収が大きい場合には利用が困難である。また、比較例の測定方法では、円柱状物体の形状の歪みや表面の曲率の変動が測定精度に大きく影響すると考えられることから、円柱状物体を高精度に加工する必要があるが、そのような加工は容易でない。

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、Ｘ線源のターゲットにおけるＸ線焦点寸法を含む焦点形状を容易に評価することができる装置および方法を提供することを目的とする。

本発明のＸ線焦点形状評価装置は、Ｘ線源のターゲットにおけるＸ線焦点形状を評価する装置であって、ターゲットで発生したＸ線の伝搬経路上に配置された物体のエッジを含む範囲の位相コントラスト画像を取得する撮像部と、少なくとも位相コントラスト画像、物体の線減弱係数および物体の屈折率に基づいてＸ線焦点形状を評価する演算部と、を備える。

撮像部は、平板形状の物体の位相コントラスト画像を取得するのが好適である。また、撮像部は、伝搬経路上に物体が配置されていない状態で背景画像を取得し、演算部は、背景画像に基づいて位相コントラスト画像を補正して、その補正後の位相コントラスト画像に基づいてＸ線焦点形状を評価するのが好適である。

演算部は、ターゲットにおけるＸ線発生時のＸ線強度分布を表す関数を仮定し、この仮定した関数に基づいて得られる位相コントラスト画像におけるエッジに垂直な方向の強度分布で、撮像部により取得された位相コントラスト画像におけるエッジに垂直な方向の強度分布をフィッティングすることで、仮定した関数のパラメータを推定してＸ線焦点形状を評価するのが好適である。また、 演算部は、撮像部により取得された位相コントラスト画像におけるエッジに垂直な方向の強度分布において最大強度位置と最小強度位置との間の距離を求め、この距離に基づいてＸ線焦点形状を評価するのも好適である。

撮像部は、物体のエッジが複数の方位それぞれに設定された状態で位相コントラスト画像を取得し、演算部は、複数の方位それぞれの位相コントラスト画像に基づいてＸ線焦点形状を評価するのが好適である。また、撮像部は、方位が互いに異なる複数のエッジを有する物体の位相コントラスト画像を取得し、演算部は、位相コントラスト画像に基づいて複数のエッジそれぞれについてＸ線焦点形状を評価するのが好適である。

本発明のＸ線焦点形状評価方法は、Ｘ線源のターゲットにおけるＸ線焦点形状を評価する方法であって、ターゲットで発生したＸ線の伝搬経路上に配置された物体のエッジを含む範囲の位相コントラスト画像を撮像部により取得する撮像ステップと、少なくとも位相コントラスト画像、物体の線減弱係数および物体の屈折率に基づいてＸ線焦点形状を評価する演算ステップと、を備える。

撮像ステップにおいて、平板形状の物体の位相コントラスト画像を取得するのが好適である。また、撮像ステップにおいて、伝搬経路上に物体が配置されていない状態で背景画像を撮像部により取得し、演算ステップにおいて、背景画像に基づいて位相コントラスト画像を補正して、その補正後の位相コントラスト画像に基づいてＸ線焦点形状を評価するのが好適である。

演算ステップにおいて、ターゲットにおけるＸ線発生時のＸ線強度分布を表す関数を仮定し、この仮定した関数に基づいて得られる位相コントラスト画像におけるエッジに垂直な方向の強度分布で、撮像部により取得された位相コントラスト画像におけるエッジに垂直な方向の強度分布をフィッティングすることで、仮定した関数のパラメータを推定してＸ線焦点形状を評価するのが好適である。また、演算ステップにおいて、撮像部により取得された位相コントラスト画像におけるエッジに垂直な方向の強度分布において最大強度位置と最小強度位置との間の距離を求め、この距離に基づいてＸ線焦点形状を評価するのも好適である。

撮像ステップにおいて、物体のエッジが複数の方位それぞれに設定された状態で位相コントラスト画像を取得し、演算ステップにおいて、複数の方位それぞれの位相コントラスト画像に基づいてＸ線焦点形状を評価するのが好適である。また、撮像ステップにおいて、方位が互いに異なる複数のエッジを有する物体の位相コントラスト画像を取得し、演算ステップにおいて、位相コントラスト画像に基づいて複数のエッジそれぞれについてＸ線焦点形状を評価するのが好適である。

本発明によれば、Ｘ線源のターゲットにおけるＸ線焦点寸法を含む焦点形状を容易に評価することができる。

図１は、Ｘ線焦点形状評価装置１０の構成を示す図である。 図２は、位相コントラスト画像を模式的に示す図である。 図３は、位相コントラスト画像のエッジ付近における強度分布Ｉ（ｘ）を模式的に示す図である。 図４は、撮像部１１により取得された位相コントラスト画像の例を示す図である。 図５は、図４に示された位相コントラスト画像においてエッジに垂直な直線Ｌ上の強度分布Ｉ（ｘ）を示す図である。 図６は、撮像部１１により取得された位相コントラスト画像から取得された実測の強度分布Ｉ（ｘ）と、波動光学計算により得られた強度分布Ｉ（ｘ）と、（５）式の理論式により得られた強度分布Ｉ（ｘ）と、を対比して示す図である。 図７は、Ｘ線焦点形状評価方法の第１の例を示すフローチャートである。 図８は、Ｘ線焦点形状評価方法の第２の例を示すフローチャートである。 図９は、Ｘ線焦点形状評価方法の第３の例を示すフローチャートである。 図１０は、実施例および比較例それぞれのシミュレーション結果を対比して示す図である。 図１１は、実験時の管電圧および管電流を纏めた表である。 図１２は、実施例において管電圧２０ｋＶおよび管電流４０μＡとしたときに取得された位相コントラスト画像を示す図である。 図１３は、図１２の位相コントラスト画像から取得されたＩ（ｘ）を示すグラフである。 図１４は、実施例およびナイフエッジ法それぞれの実験結果を対比して示す図である。 図１５（ａ）～（ｄ）は、物体３０のエッジの方位を変化させる場合の位相コントラスト画像を模式的に示す図である。 図１６は、方位が互いに異なる複数のエッジを物体３０が有する場合の位相コントラスト画像を模式的に示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。本発明は、これらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許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が含まれることが意図される。

図１は、Ｘ線焦点形状評価装置１０の構成を示す図である。この図には、Ｘ線焦点形状評価装置１０の他に、Ｘ線源２０、物体３０および保持部４０も示されている。Ｘ線焦点形状評価装置１０は、Ｘ線源２０のターゲット２２におけるＸ線焦点寸法を含むＸ線焦点形状を評価する装置であって、撮像部１１および演算部１２を備える。

Ｘ線源２０は、筐体２１の内部にターゲット２２を備え、そのターゲット２２への電子線照射により発生するＸ線を外部へ放射する為の窓２３を筐体２１の一部に有する。Ｘ線源２０と撮像部１１との間のＸ線伝搬経路上に物体３０が配置される。物体３０は、均一な厚さを有する平板形状のものであるのが好ましく、この場合、物体３０の加工が容易である。物体３０は、Ｘ線の一部を通過させることができる位相物体である。物体３０の厚さ及び材料は、任意でよく、Ｘ線の一部を透過させることができればよい。物体３０は例えば金属箔や樹脂膜である。保持部４０は、物体３０を保持して物体３０の位置や方位を調整する。保持部４０は、平板形状の物体３０がＸ線伝搬方向に対して直交し、物体３０のエッジがＸ線ビーム断面内に位置するように、物体３０を保持する。

撮像部１１は、Ｘ線源２０のターゲット２２で発生したＸ線の伝搬経路上に配置された物体３０のエッジを含む範囲の位相コントラスト画像を取得する。撮像部１１は、物体３０の位相コントラスト画像を取得する為に必要な距離だけ物体３０から離間して配置される。撮像部１１は、位相コントラスト画像のデータを演算部１２へ出力する。

撮像部１１は、２次元のＸ線画像を取得することができるものであれば任意でよい。撮像部１１は、Ｘ線に対し感度を有するＸ線ＣＣＤカメラであってよい。また、撮像部１１は、Ｘ線入射によりシンチレーション光を発生するシンチレータと、このシンチレータにおけるシンチレーション光発生分布を撮像するＣＣＤカメラと、を含む構成を有していてもよい。

演算部１２は、撮像部１１から出力された位相コントラスト画像のデータを入力する。演算部１２は、少なくとも位相コントラスト画像、物体３０の線減弱係数および物体３０の屈折率に基づいて、ターゲット２２におけるＸ線焦点形状を評価する。演算部１２は、上記の評価などの処理を行うＣＰＵ、各種パラメータや処理結果を記憶するメモリ（ＲＡＭ、ＲＯＭ、ハードディスクドライブ等）、画像や処理結果を表示するディスプレイ、等を含む。演算部１２はコンピュータであってよい。

Ｘ線焦点形状評価方法は、Ｘ線源２０のターゲット２２におけるＸ線焦点寸法を含むＸ線焦点形状を評価する方法であって、撮像ステップおよび演算ステップを備える。撮像ステップでは、Ｘ線源２０のターゲット２２で発生したＸ線の伝搬経路上に配置された物体３０のエッジを含む範囲の位相コントラスト画像を撮像部１１により取得する。撮像ステップは撮像部１１により実行され得る。演算ステップでは、少なくとも位相コントラスト画像、物体３０の線減弱係数および物体３０の屈折率に基づいて、ターゲット２２におけるＸ線焦点形状を評価する。演算ステップは演算部１２により実行され得る。

撮像ステップにおいて、Ｘ線の伝搬経路上に物体３０が配置されていない状態で背景画像を撮像部１１により取得し、演算ステップにおいて、その背景画像に基づいて位相コントラスト画像を補正して、その補正後の位相コントラスト画像に基づいてＸ線焦点形状を評価してもよい。撮像ステップにおける位相コントラスト画像および背景画像それぞれの取得の順序は任意である。背景画像において物体３０のエッジに対応する位置の近傍の範囲で背景光強度が不均一であるとＸ線焦点形状の評価の精度が悪くなるので、これを回避するために背景画像で除することで位相コントラスト画像を補正するのが好ましい。一方、背景画像において物体３０のエッジに対応する位置の近傍の範囲で背景光強度が均一であるとみなすことができる場合には、このような補正をしなくてもよい。

図１中に示されるとおりｘｙｚ直交座標系を説明の便宜のために設定する。ターゲット２２から撮像部１１へのＸ線伝搬方向をｚ方向とし、物体３０のエッジがｙ方向に平行であるとし、物体３０のエッジがｘ方向に垂直であるとする。

物体３０の線減弱係数をμとする。物体３０の屈折率を１－δとする。一般にＸ線領域においてδは非常に小さい正の値（例えば１０^－６程度）である。μおよびδはＸ線エネルギおよび物体３０の材料によって決まる。物体３０の厚さをＴとする。ターゲット２２のＸ線発生位置と物体３０との間の距離をｚ_１とする。物体３０と撮像部１１の撮像面との間の距離をｚ_２とする。なお、ｚ_１≫Ｔかつｚ_２≫Ｔとすることができる。光学倍率Ｍは下記（１）式で表される。

ターゲット２２におけるＸ線発生時のＸ線強度分布が関数Ｆ（ｘ，ｙ）で表されるとする。このＸ線強度分布は、撮像部１１からターゲット２２を見たときのものである。この関数Ｆ（ｘ，ｙ）をｙ方向に線積分して得られる関数をＳ（ｘ）とする（下記（２）式）。この関数Ｓ（ｘ）はｘ方向の焦点形状を反映しているので、関数Ｓ（ｘ）が分かればｘ方向の焦点形状を評価することができる。

撮像部１１により取得される位相コントラスト画像において、物体３０のエッジに対応する位置の近傍における強度分布Ｉ（ｘ）は、下記（３）式で表される。ｘ_０は、位相コントラスト画像において物体３０のエッジに対応する位置のｘ座標値である。

図２は、位相コントラスト画像を模式的に示す図である。この図に示されるように、強度分布Ｉ（ｘ）は、位相コントラスト画像においてエッジに垂直な直線Ｌ上の各位置でのＸ線強度を表す。図３は、位相コントラスト画像のエッジ付近における強度分布Ｉ（ｘ）を模式的に示す図である。この図に示されるように、位相コントラスト画像において、エッジ位置ｘ_０に対して一方側でＩ（ｘ）が最大値となる位置ｘ_ａがあり、他方側でＩ（ｘ）が最小値となる位置ｘ_ｂがある。

Ｓ（ｘ）が下記（４）式で表されるガウシアン関数であるとき、Ｉ（ｘ）は下記（５）式で表される。σは、ターゲット２２におけるＸ線焦点形状ないしＸ線焦点寸法を表すパラメータである。（５）式の右辺にあるerfは誤差関数である。（５）式の右辺の二つの項のうち第二項はσの値に対して敏感である。（５）式が最大値となる位置のｘ座標値ｘ_ａと、（５）式が最小値となる位置のｘ座標値ｘ_ｂと、の差（最大強度位置と最小強度位置との間の距離）をΔｘ_edgeとする。このとき、σは、Δｘ_edgeを用いて下記（６）式で表される。なお、ターゲット２２におけるＸ線焦点寸法（半値全幅）は２.３５σで定義されることが多い。

図４は、撮像部１１により取得された位相コントラスト画像の例を示す図である。図５は、図４に示された位相コントラスト画像においてエッジに垂直な直線Ｌ上の強度分布Ｉ（ｘ）を示す図である。この図に示されるように、位相コントラスト画像において、エッジに対して一方側でＩ（ｘ）が最大値となる位置があり、他方側でＩ（ｘ）が最小値となる位置がある。

図６は、撮像部１１により取得された位相コントラスト画像から取得された実測の強度分布Ｉ（ｘ）と、波動光学計算により得られた強度分布Ｉ（ｘ）と、（５）式の理論式により得られた強度分布Ｉ（ｘ）と、を対比して示す図である。この図に示されるように、（５）式の理論式により得られる強度分布Ｉ（ｘ）は、実測の強度分布Ｉ（ｘ）および波動光学計算による強度分布Ｉ（ｘ）の何れとも、よく一致している。

次に、Ｘ線焦点形状評価方法のフローの例について図７～図８を用いて説明する。図７は、Ｘ線焦点形状評価方法の第１の例を示すフローチャートである。撮像ステップはステップＳ１，Ｓ２を含む。演算ステップはステップＳ３，Ｓ４，Ｓ１１，Ｓ１２を含む。

ステップＳ１では、Ｘ線源２０のターゲット２２で発生したＸ線の伝搬経路上に配置された物体３０のエッジを含む範囲の位相コントラスト画像を撮像部１１により取得する。ステップＳ２では、Ｘ線の伝搬経路上に物体３０が配置されていない状態で背景画像を撮像部１１により取得する。ステップＳ１およびステップＳ２の実行順序は任意である。ステップＳ３では、ステップＳ１で取得された背景画像に基づいて、ステップＳ２で取得された位相コントラスト画像を補正する。ステップＳ４では、ステップＳ３で補正された位相コントラスト画像におけるエッジ付近の強度分布Ｉ（ｘ）を取得する。

ステップＳ１１では、ターゲット２２におけるＸ線発生時のＸ線強度分布を表す関数Ｓ（ｘ）を仮定する。ここで仮定する関数Ｓ（ｘ）は、任意であるが、典型的にはガウシアン関数であり、また、中心位置、ピーク強度またはσが互いに異なる二つ以上のガウシアン関数の和であってもよい。ステップＳ１２では、ステップＳ４で取得された実測の強度分布Ｉ（ｘ）を、ステップＳ１１で仮定した関数に基づいて得られる上記（３）式のＩ（ｘ）でフィッティングして、ステップＳ１１で仮定した関数のパラメータを推定し、これによりＸ線焦点形状を評価する。

図８は、Ｘ線焦点形状評価方法の第２の例を示すフローチャートである。撮像ステップはステップＳ１，Ｓ２を含む。演算ステップはステップＳ３，Ｓ４，Ｓ２１，Ｓ２２を含む。ステップＳ１～Ｓ４は、図７で説明したものと同様である。

ステップＳ２１では、ターゲット２２におけるＸ線発生時のＸ線強度分布を表す関数Ｓ（ｘ）がガウシアン関数であると仮定する。ステップＳ２２では、ステップＳ４で取得された実測の強度分布Ｉ（ｘ）を、関数Ｓ（ｘ）が上記（４）式で表されるとした場合に得られる上記（５）式のＩ（ｘ）でフィッティングして、上記（４）式中のσを推定し、これによりＸ線焦点形状を評価する。

図９は、Ｘ線焦点形状評価方法の第３の例を示すフローチャートである。撮像ステップはステップＳ１，Ｓ２を含む。演算ステップはステップＳ３，Ｓ４，Ｓ３１，Ｓ３２を含む。ステップＳ１～Ｓ４は、図７で説明したものと同様である。

ステップＳ３１では、ターゲット２２におけるＸ線発生時のＸ線強度分布を表す関数Ｓ（ｘ）がガウシアン関数であると仮定する。ステップＳ３２では、ステップＳ４で取得された実測の強度分布Ｉ（ｘ）において最大強度位置ｘ_ａと最小強度位置ｘ_ｂとの間の距離Δｘ_edgeを求め、このΔｘ_edgeに基づいて上記（６）式により上記（４）式中のσを推定し、これによりＸ線焦点形状を評価する。

次に、シミュレーション結果について説明する。このシミュレーションでは、Ｘ線エネルギを１０ｋｅＶとし、物体３０を厚さ１０μｍのアルミニウム箔とした。ｚ_２＝１.６ｍとし、Ｍ＝１０とした。ターゲット２２におけるＸ線発生時のＸ線強度分布を表す関数Ｓ（ｘ）がガウシアン関数であるとした。そして、真の２σを１～２０μｍの範囲内の各値とした場合について、図９のフローチャートに示されたＸ線焦点形状評価方法（実施例）により得られた２σと、非特許文献１の記載に基づく比較例の測定方法で得られた２σと、を対比した。

図１０は、実施例および比較例それぞれのシミュレーション結果を対比して示す図である。この図に示されるように、比較例では、算出された２σは、真の２σが５μｍ程度以下である範囲では真の２σとよく一致しているが、真の２σが大きくなると真の２σとの差が大きくなっていく。これに対して、実施例では、真の２σが１～２０μｍの範囲の全体において、算出された２σは真の２σとよく一致した。このような実施例と比較例との間のシミュレーション結果の相違は、比較例では物体３０のμおよびδの何れをも考慮していないのに対して、実施例では物体３０のμおよびδの双方を考慮していることによると考えられる。

次に、実験結果について説明する。この実験では、物体３０を厚さ４μｍのポリプロピレン膜（Ｘ線透過率９９.９％以上）とした。ｚ_１＝１７０ｍｍとし、ｚ_２＝１６４０ｍｍとした。撮像部１１として、画素サイズが１０μｍのＸ線ＣＣＤカメラを用いた。ターゲット２２におけるＸ線発生時のＸ線強度分布を表す関数Ｓ（ｘ）がガウシアン関数であるとした。そして、管電圧および管電流を各値とした場合について、図９のフローチャートに示されたＸ線焦点形状評価方法（実施例）により得られた焦点寸法と、ナイフエッジ法で得られた焦点寸法と、を対比した。

図１１は、実験時の管電圧および管電流を纏めた表である。図１２は、実施例において管電圧２０ｋＶおよび管電流４０μＡとしたときに取得された位相コントラスト画像を示す図である。図１３は、図１２の位相コントラスト画像から取得されたＩ（ｘ）を示すグラフである。図１４は、実施例およびナイフエッジ法それぞれの実験結果を対比して示す図である。この図に示されるように、実施例による焦点寸法の実測結果は、ナイフエッジ法による焦点寸法の実測結果とよく一致していた。このことから、本実施形態のＸ線焦点形状評価方法は、ナイフエッジ法と同等の結果を得ることができ、焦点寸法を評価する方法として妥当であることが分かる。

これまでは、物体３０のエッジがｙ方向に平行であるとして、ターゲット２２におけるｘ方向のＸ線焦点形状を評価する場合について説明してきた。しかし、以下のようにすることで、ターゲット２２における複数方向のＸ線焦点形状を評価することもできる。

撮像ステップにおいて、保持部４０により物体３０のエッジが複数の方位それぞれに設定された状態として位相コントラスト画像を撮像部１１により取得し、演算ステップにおいて、演算部１２により複数の方位それぞれの位相コントラスト画像に基づいてＸ線焦点形状を評価する。図１５は、物体３０のエッジの方位を変化させる場合の位相コントラスト画像を模式的に示す図である。

図１５（ａ）の位相コントラスト画像では、物体３０のエッジはｙ方向に平行である。この位相コントラスト画像に基づいてｘ方向に平行な直線Ｌ上の強度分布Ｉを取得して、この強度分布Ｉに基づいてｘ方向の焦点形状を評価する。

図１５（ｂ）の位相コントラスト画像では、物体３０のエッジはｙ方向に対して３０°傾斜している。この位相コントラスト画像に基づいてｘ方向に対して３０°傾斜した直線Ｌ上の強度分布Ｉを取得して、この強度分布Ｉに基づいてｘ方向に対して３０°傾斜した方向の焦点形状を評価する。

図１５（ｃ）の位相コントラスト画像では、物体３０のエッジはｙ方向に対して６０°傾斜している。この位相コントラスト画像に基づいてｘ方向に対して６０°傾斜した直線Ｌ上の強度分布Ｉを取得して、この強度分布Ｉに基づいてｘ方向に対して６０°傾斜した方向の焦点形状を評価する。

図１５（ｄ）の位相コントラスト画像では、物体３０のエッジはｘ方向に平行である。この位相コントラスト画像に基づいてｙ方向に平行な直線Ｌ上の強度分布Ｉを取得して、この強度分布Ｉに基づいてｙ方向の焦点形状を評価する。

このように、物体３０のエッジが複数の方位それぞれに設定された状態として位相コントラスト画像を取得し、これら複数の方位それぞれの位相コントラスト画像に基づいてＸ線焦点形状を評価することで、より詳細にＸ線焦点形状を評価することができる。

撮像ステップにおいて、方位が互いに異なる複数のエッジを有する物体３０の位相コントラスト画像を撮像部１１により取得し、演算ステップにおいて、演算部１２により位相コントラスト画像に基づいて複数のエッジそれぞれについてＸ線焦点形状を評価してもよい。図１６は、方位が互いに異なる複数のエッジを物体３０が有する場合の位相コントラスト画像を模式的に示す図である。物体３０は例えば多角形（この図では八角形）の平板形状のものとすることができる。この位相コントラスト画像において、各エッジに垂直な直線Ｌ１～Ｌ４それぞれに沿った強度分布Ｉを取得して、直線Ｌ１～Ｌ４それぞれの方向のＸ線焦点形状を評価する。このようにすることで、より詳細にＸ線焦点形状を評価することができる。

図１５および図１６で説明したＸ線焦点形状評価方法は、ターゲット２２における複数方向のＸ線焦点形状を評価することができ、したがって、焦点形状が真円に近いのか否か、或いは、焦点形状の楕円率がどの程度であるのか、を評価することができる。さらに特許文献１に記載されたアルゴリズムを用いることにより、ターゲット２２におけるＸ線強度分布の関数Ｆ（ｘ，ｙ）を推定することもできる。これは、ＣＴ（Computed Tomography）の再構成アルゴリズムを用いて、或る光学系の点像分布関数を、多方位の線像分布関数（点像分布関数の線積分分布）から推定するものである。

以上のとおり、本実施形態では、物体３０として任意の材料からなる平板形状のもの（例えば金属箔や樹脂膜）を用いることができ、エッジを有する物体３０を容易に用意することができる。また、Ｘ線伝搬経路上に物体３０を高精度に配置する必要はなく、ｘｙ平面に対して平板形状の物体３０が傾斜して配置されていても、Ｘ線焦点寸法を適正かつ容易に評価することができる。また、本実施形態では、非特許文献１の記載に基づく比較例の測定方法と対比すると、位相コントラスト画像に基づいて焦点形状を評価する点では同じであるが、物体３０の線減弱係数および屈折率の双方を考慮して焦点形状を評価する点で相違しており、これにより焦点形状を高精度に評価することができる。このように、ターゲット２２におけるＸ線焦点寸法を含む焦点形状を容易に評価することができる。特に、図９のフローチャートに示されたＸ線焦点形状評価方法では、実測の強度分布Ｉ（ｘ）において最大強度位置ｘ_ａと最小強度位置ｘ_ｂとの間の距離Δｘ_edgeを求め、このΔｘ_edgeに基づいてσを推定するので、Ｘ線焦点寸法を含む焦点形状を更に容易に評価することができる。

１０…Ｘ線焦点形状評価装置、１１…撮像部、１２…演算部、２０…Ｘ線源、２１…筐体、２２…ターゲット、２３…窓、３０…物体、４０…保持部。

Claims (14)

1. Ｘ線源のターゲットにおけるＸ線焦点形状を評価する装置であって、
   前記ターゲットで発生したＸ線の伝搬経路上に配置された物体のエッジを含む範囲の位相コントラスト画像を取得する撮像部と、
   少なくとも前記位相コントラスト画像、前記物体の線減弱係数および前記物体の屈折率に基づいて前記Ｘ線焦点形状を評価する演算部と、
   を備えるＸ線焦点形状評価装置。
2. 前記撮像部は、平板形状の物体の前記位相コントラスト画像を取得する、
   請求項１に記載のＸ線焦点形状評価装置。
3. 前記撮像部は、前記伝搬経路上に前記物体が配置されていない状態で背景画像を取得し、
   前記演算部は、前記背景画像に基づいて前記位相コントラスト画像を補正して、その補正後の位相コントラスト画像に基づいて前記Ｘ線焦点形状を評価する、
   請求項１または２に記載のＸ線焦点形状評価装置。
4. 前記演算部は、前記ターゲットにおけるＸ線発生時のＸ線強度分布を表す関数を仮定し、この仮定した関数に基づいて得られる位相コントラスト画像における前記エッジに垂直な方向の強度分布で、前記撮像部により取得された位相コントラスト画像における前記エッジに垂直な方向の強度分布をフィッティングすることで、仮定した前記関数のパラメータを推定して前記Ｘ線焦点形状を評価する、
   請求項１～３の何れか１項に記載のＸ線焦点形状評価装置。
5. 前記演算部は、前記撮像部により取得された位相コントラスト画像における前記エッジに垂直な方向の強度分布において最大強度位置と最小強度位置との間の距離を求め、この距離に基づいて前記Ｘ線焦点形状を評価する、
   請求項１～３の何れか１項に記載のＸ線焦点形状評価装置。
6. 前記撮像部は、前記物体の前記エッジが複数の方位それぞれに設定された状態で前記位相コントラスト画像を取得し、
   前記演算部は、前記複数の方位それぞれの前記位相コントラスト画像に基づいて前記Ｘ線焦点形状を評価する、
   請求項１～５の何れか１項に記載のＸ線焦点形状評価装置。
7. 前記撮像部は、方位が互いに異なる複数のエッジを有する物体の前記位相コントラスト画像を取得し、
   前記演算部は、前記位相コントラスト画像に基づいて前記複数のエッジそれぞれについて前記Ｘ線焦点形状を評価する、
   請求項１～５の何れか１項に記載のＸ線焦点形状評価装置。
8. Ｘ線源のターゲットにおけるＸ線焦点形状を評価する方法であって、
   前記ターゲットで発生したＸ線の伝搬経路上に配置された物体のエッジを含む範囲の位相コントラスト画像を撮像部により取得する撮像ステップと、
   少なくとも前記位相コントラスト画像、前記物体の線減弱係数および前記物体の屈折率に基づいて前記Ｘ線焦点形状を評価する演算ステップと、
   を備えるＸ線焦点形状評価方法。
9. 前記撮像ステップにおいて、平板形状の物体の前記位相コントラスト画像を取得する、
   請求項８に記載のＸ線焦点形状評価方法。
10. 前記撮像ステップにおいて、前記伝搬経路上に前記物体が配置されていない状態で背景画像を前記撮像部により取得し、
    前記演算ステップにおいて、前記背景画像に基づいて前記位相コントラスト画像を補正して、その補正後の位相コントラスト画像に基づいて前記Ｘ線焦点形状を評価する、
    請求項８または９に記載のＸ線焦点形状評価方法。
11. 前記演算ステップにおいて、前記ターゲットにおけるＸ線発生時のＸ線強度分布を表す関数を仮定し、この仮定した関数に基づいて得られる位相コントラスト画像における前記エッジに垂直な方向の強度分布で、前記撮像部により取得された位相コントラスト画像における前記エッジに垂直な方向の強度分布をフィッティングすることで、仮定した前記関数のパラメータを推定して前記Ｘ線焦点形状を評価する、
    請求項８～１０の何れか１項に記載のＸ線焦点形状評価方法。
12. 前記演算ステップにおいて、前記撮像部により取得された位相コントラスト画像における前記エッジに垂直な方向の強度分布において最大強度位置と最小強度位置との間の距離を求め、この距離に基づいて前記Ｘ線焦点形状を評価する、
    請求項８～１０の何れか１項に記載のＸ線焦点形状評価方法。
13. 前記撮像ステップにおいて、前記物体の前記エッジが複数の方位それぞれに設定された状態で前記位相コントラスト画像を取得し、
    前記演算ステップにおいて、前記複数の方位それぞれの前記位相コントラスト画像に基づいて前記Ｘ線焦点形状を評価する、
    請求項８～１２の何れか１項に記載のＸ線焦点形状評価方法。
14. 前記撮像ステップにおいて、方位が互いに異なる複数のエッジを有する物体の前記位相コントラスト画像を取得し、
    前記演算ステップにおいて、前記位相コントラスト画像に基づいて前記複数のエッジそれぞれについて前記Ｘ線焦点形状を評価する、
    請求項８～１２の何れか１項に記載のＸ線焦点形状評価方法。