JP5127249B2 - Ｘ線装置の焦点‐検出器装置のｘ線光学透過格子 - Google Patents

Description

本発明は、検査対象の投影または断層撮影による位相コントラスト画像を作成するために、少なくとも１つのウェハの少なくとも１つの表面に周期的に配置された多数の格子突条部および格子間隙を有するＸ線装置の焦点‐検出器装置のＸ線光学透過格子に関する。

検査対象の投影または断層撮影による位相コントラスト画像を作成するためのこのような透過格子は一般に知られている。例えば特許文献１とまだ公開されていない独国特許出願第１０２００６０１７２９０号明細書、独国特許出願第１０２００６０１５３５８号明細書、独国特許出願第１０２００６０１７２９１号明細書、独国特許出願第１０２００６０１５３５６号明細書および独国特許出願第１０２００６０１５３５５号明細書とを参照するように指示する。

イオン化ビーム、特にＸ線ビームによる画像化に関して検討することができるのは基本的に、材料をＸ線が通過するときに現れる２つの作用、つまり検査対象を通過したＸ線の吸収と位相シフト（位相のずれ）である。検査対象をビームが通過するとき位相シフトは透過させる材料の厚さおよび組成に関する僅かな違いに、吸収よりもはるかに強く依存することも知られている。これにより、検査対象の構造、特に患者の軟質組織を一層良好に認識することが可能である。

このような位相コントラストラジオグラフィーまたは位相コントラスト断層撮影法では、対象に起因した位相シフトが評価されねばならない。その際、従来の吸収コントラストＸ線ラジオグラフィーもしくは吸収コントラストＸ線断層撮影法と同様に、位相シフトの投影画像を作成することができ、また位相シフトの断層撮影表示を多数の投影画像から計算することもできる。

Ｘ線波の位相は、直接にではなく、基準波との干渉によってのみ決定することができる。基準波もしくは隣接ビームに対して相対的な位相シフトは干渉格子を用いて測定することができる。干渉測定法に関しては先に引用した特許文献を参照するように指示する。これらの方法では検査対象がコヒーレントＸ線を照射され、引き続き、Ｘ線の波長に整合した周期を有する位相格子に通され、これにより、対象内で現れる位相シフトに依存した干渉パターンが生じる。この干渉パターンは引き続く分析‐検出器装置によって測定され、位相シフトは位置分解して決定することができる。

この点について基本的に次のことを付記しておく。
実験室Ｘ線線源からのＸ線光子の放出、および第一乃至第三世代の従来のシンクロトロン放射線源からのＸ線光子の放出は、確率的プロセスに基づいている。それゆえに、放出されたＸ線は空間的コヒーレンスを持たない。しかし、線源が観察者もしくは対象、格子または検出器に対して現れる観察角が十分に小さい場合、Ｘ線線源のＸ線は位相コントラストラジオグラフィー、位相コントラスト断層撮影法もしくは任意の干渉実験において空間的コヒーレントＸ線として挙動する。拡張されたＸ線線源の空間的または横方向コヒーレンスの尺度とすることができるのはいわゆる空間的コヒーレンス長Ｌ_Cである。
Ｌ_C＝λ（ａ／ｓ）。 （１）
但し、λはＸ線の波長、ｓは横方向線源寸法、ａは線源‐観察点間の距離である。幾人かの専門家は上で定義した値の半分も空間的コヒーレンス長と称している。厳密な値は二次的なことである。重要なことは、ビームが互いに干渉する空間領域の（横方向）寸法に比較してコヒーレンス長Ｌ_Cが大きいことである。

本件明細書においてコヒーレントＸ線とは、Ｘ線光学格子の定められたジオメトリと定められた距離とにおいて干渉パターンを形成するＸ線である。自明のことであるが空間的コヒーレンス、従って空間的コヒーレンス長は、波長と線源寸法と観察距離との３つのパラメータによって常に決まる。表現を簡潔にする意味でこの事情は「コヒーレントＸ線」、「コヒーレントＸ線線源」または「コヒーレントＸ線を作成するための点状線源」等の用語に短縮された。これらの短縮の基礎にあるのは、ここで検討する応用においてＸ線の波長またはエネルギーＥが一方で検査対象の所望の透過能力によって、他方で実験室Ｘ線線源で利用可能なスペクトルによって限定されていることである。線源と観察点との間の距離ａも、非破壊材料試験または医療診断のための実験室施設では一定の制約を受けている。ここでは線源寸法と管出力との間の関連に狭い限界があるとしても、大抵の場合、唯一の自由度として残るのは線源寸法ｓである。

小さなもしくは点状放射線源が求められる結果、利用可能な強度も比較的僅かである。それゆえに強度を高めるために、比較的面積の大きい焦点を有するＸ線線源を使用し、焦点と検査対象との間でビーム路中にＸ線光学吸収格子、いわゆる線源格子を介装することも提案された。面積の大きい焦点は、一層大きな、従って一層出力の強いＸ線線源の使用を可能にする。線源格子の狭い条溝もしくは間隙（溝）は、同一の条溝から出射する全ビームの所要の空間的コヒーレンスを守ることをもたらす。条溝の幅は横方向線源寸法ｓに対する、式（１）から生じる寸法要求を満たさねばならない。線源格子の条溝ごとの光子の間で、線源格子周期ｇ₀、干渉パターン周期ｇ₂、線源格子Ｇ₀と位相格子Ｇ₁との間の距離ｌ、位相格子Ｇ₁と干渉パターンとの間の距離ｄを
ｇ₀／ｇ₂＝ｌ／ｄ （２）
に従って適切に調整すると、少なくとも定在波場の最大と最小との強度的に正しい重なりが可能である。本件明細書の短縮した表現ではこれに関連して用語「準コヒーレントＸ線」または「準コヒーレントＸ線線源」が使用される。

Ｘ線の時間的コヒーレンスまたは縦コヒーレンスは、Ｘ線またはＸ線線源の単色性と平行して現れる。特性線のＸ線は、ここで検討する応用にとって大抵の場合十分な単色性もしくは時間的コヒーレンス長を有する。前置されたモノクロメータ、または位相格子の突条部高さによる共鳴エネルギーの選択は、制動放射スペクトルまたはシンクロトロンスペクトルからでも十分に狭いスペクトル範囲を取り出すことができ、それゆえ本装置において時間的コヒーレンス長に対する要求を満たすことができる。

このＸ線光学透過格子における問題は、大きなアスペクト比（＝突条部高さと格子間隙幅との比）を必要とするこのような格子の製造がきわめて労力を要することにある。さらに、アスペクト比が高まるのに伴って製造の精度は著しく低下する。
欧州特許出願公開第１４４７０４６号明細書

そこで本発明の課題は、簡単な製造を可能にするＸ線光学透過格子を提供することである。

この課題は、検査対象の投影または断層撮影による位相コントラスト画像を作成するために、少なくとも１つのウェハの少なくとも１つの表面に周期的に配置される多数の格子突条部および格子間隙を有する、Ｘ線装置の焦点‐検出器装置のＸ線光学透過格子において、Ｘ線光学透過格子が、ビーム方向に直接前後に配置された少なくとも２つの部分格子から構成され、少なくとも１つの部分格子（Ｇ _xy ）の格子間隙（Ｌ）内に、関係するエネルギー範囲においてウェハ材料に比べて高い線形減弱係数を有する充填材料が配置されていることによって解決される（請求項１）。
本発明の有利な実施態様は、次の通りである。
・２つの部分格子の格子突条部および格子間隙が単一のウェハの両面に配置されている（請求項２）。
・少なくとも２つの部分格子が異なる（＝同一でない）ウェハによって形成されている（請求項３）。
・全ての部分格子の格子間隙内に、関係するエネルギー範囲においてウェハ材料に比べて高い線形減弱係数を有する充填材料が配置されている（請求項４）。
・部分格子の格子間隙内に充填材料が格子突条部と同一面で配置されている（請求項５）。
・各ビームが部分格子を通過した時に格子突条部のみまたは格子間隙のみを透過するように、部分格子の格子突条部および格子間隙が互いに平行に向けられている（請求項６）。
・通過するＸ線のビーム経過がファン状またはコーン状に構成され、
ビーム方向に前後に配置された部分格子が異なる格子周期を有し、
ビーム束のビームが格子間隙のみまたは格子突条部のみを透過するように、格子の周期が少なくとも１つの部分格子から少なくとも１つの後続の部分格子へ上昇し、かつ部分格子が互いに位置合わせして配置されている（請求項７）。
・部分格子が平坦に構成されている（請求項８）。
・部分格子が少なくとも１つの平面で放射原点を中心に湾曲して構成されている（請求項９）。
・少なくとも１つの部分格子が、ビーム方向に向けられた格子突条部および格子間隙を有する（請求項１０）。
・透過格子が位相格子であり、位相シフトの測定に利用されたエネルギーのＸ線がＸ線のλ／２の位相シフトを生成し、全格子の後のＸ線の減弱が、少なくとも位相シフトの測定に利用されたエネルギーに関して、突条部を通過した後と充填材料を通過した時とで同じになるように、間隙内の充填材料の高さが設定されていることが、部分格子全体に適用される（請求項１１）。
・透過格子が位相格子であり、位相シフトの測定に利用されたエネルギーのＸ線がＸ線のλ／２の位相シフトを生成し、各部分格子後にＸ線の減弱が、少なくとも位相シフトの測定に利用されたエネルギーに関して、突条部を通過した時と充填材料を通過した後とで同じになるように、間隙内の充填材料の高さが設定されていることが、各部分格子に個々に適用される（請求項１２）。
・少なくとも２つの部分格子の格子突条部の向きが同じ方向を向いている（請求項１３）。
・少なくとも２つの部分格子の格子突条部の向きが逆方向に向いている（請求項１４）。
・個別のウェハ上に配置された少なくとも２つの部分格子が、相互の位置合せを可能にするマークを有する（請求項１５）。

本発明者達は、Ｘ線光学透過格子の作用を損なうことなく、この格子を多数の個別部分格子から構成することが可能であることを認識した。つまり特定機能の特定のＸ線光学格子は直接前後に配置された複数の部分格子によって置換することができ、部分格子全体が元の１つの格子の機能を果たす。これにより、使用された部分格子の数に相応して格子突条部高さを減らすことが可能になり、格子間隙の幅はそのままであり、突条部高さと格子間隙幅とのアスペクト比が劇的に低減する。

それに応じて本発明者達は、検査対象の投影または断層撮影による位相コントラスト画像を作成するために、少なくとも１つのウェハの少なくとも１つの表面に周期的に配置された多数の格子突条部および格子間隙を有する、Ｘ線装置の焦点‐検出器装置のＸ線光学透過格子において、Ｘ線光学透過格子を、ビーム方向に直接前後に配置された少なくとも２つの部分格子から構成することを提案する。

透過格子は有利には例えば、少なくとも２つの部分格子のうち１つの部分格子の格子突条部および格子間隙が１つのウェハの両面に配置されているように構成することができる。つまり、前面および裏面が同時に格子として構成されたウェハが使用される。これにより、少なくともこれら両部分格子に関しても、Ｘ線装置に組み込むとき格子突条部または格子間隙の位置合せの問題は生じない。これらは既に製造プロセス中に相応に配置され、相互に移動することはない。

１つのウェハの前面および裏面に取付けられた格子の位置合せに関して、第２格子用構造がリソグラフィーで描かれるとき、第１格子の格子特性を利用することが考えられる。格子はＸ線に対して半透明である。好適なＸ線エネルギーにおいて透過は実質的に格子間隙でのみ起きる。通過するＸ線は裏面に被着されたフォトレジストを露光するのに利用することができる。半導体ウェハ（Ｓｉ、Ｇｅ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、…）は赤外線に対しても透明である。これらの赤外線も、好適な赤外感応性フォトレジストを使用する場合裏面構造物の露光に利用することができる。薄い金属膜およびウェハはプラズマ周波数を超える紫外光に対して透明である。これは同様に裏面リソグラフィーに利用することができる。多くの金属、そして別の材料（Ａｌ、Ｓｉ、…）も、中性子に対して透明である。従って、中性子感応性塗料はやはり裏面リソグラフィーに利用することができる。しかしながら代替的にまたは付加的に、少なくとも２つの部分格子を異なるウェハによって形成することも可能である。

少なくとも１つの部分格子、正確に１つまたは全ての部分格子の格子間隙内に、関係するエネルギー範囲においてウェハ材料に比べて高い、好ましくは実質的に高い線形減弱係数を有する充填材料を配置することも提案される。その際、充填材料は格子突条部の高さの一部のみを有し、または格子間隙を同一面で満たすことができる。

本発明者達は、Ｘ線が部分格子を通過した時に格子突条部のみまたは格子間隙のみを透過するように、部分格子の格子突条部および格子間隙が互いに平行に向けられていることも提案する。

ファン状またはコーン状に構成されたビームジオメトリにおいて透過格子が利用される場合、ビーム方向に前後に配置された部分格子は異なる格子周期を有することができ、ビーム束のビームが格子間隙のみまたは格子突条部のみを透過するように、周期は１つの部分格子から１つの後続の部分格子に向かって大きくなり、かつ部分格子は互いに位置合わせして配置されている。

さらに、本発明に係る透過格子において部分格子は平坦に構成し、または少なくとも１つの平面で、通過するＸ線の放射原点を中心に湾曲して構成することができる。代替的にまたは付加的に、部分格子はビーム方向に向けられた格子突条部および格子間隙を有することができる。

本発明に係る透過格子が吸収格子としてではなく位相格子として使用される場合、位相シフトの測定に利用されたエネルギーのＸ線がλ／２の位相シフトを生成し、全格子の後のＸ線の減弱が、少なくとも位相シフトの測定に利用されたエネルギーに関して、突条部を通過した時と充填材料を通過した後とで同じになるように、間隙内の充填材料の高さが設定されていることが部分格子全体に適用されると有利である。

格子に基づく位相コントラストラジオグラフィーにおいて位相格子が複数の部分格子によって置換される場合、格子間隙／充填材料の通過と格子突条部の通過との間でＸ線が（ｉ）πもしくはλ／２の位相シフトを受け、（ｉｉ）強度もしくは透過が、干渉パターン内で干渉する光子エネルギーに対して同じになるように、間隙内の充填材料の高さが設定されていることが部分格子全体に適用されると有利である。

格子に基づく位相コントラストラジオグラフィーにおいて分析格子が複数の部分格子によって置換される場合、格子間隙／充填材料の通過と格子突条部の通過との間でＸ線が、干渉パターン内で干渉する光子エネルギーに対して同じ強度もしくは同じ透過度となるように、間隙内の充填材料の高さが設定されていることが部分格子全体に適用されると有利である。

代替的に、位相シフトの測定に利用されたエネルギーのＸ線がＸ線のλ／２の位相シフトを生成し、各部分格子後にＸ線の減弱が、少なくとも位相シフトの測定に利用されたエネルギーに関して、突条部を通過した時と充填材料を通過した時とで同じになるように、間隙内の充填材料の高さが設定されていることが各部分格子に個々に適用されるように、部分格子を構成することもできる。

位相格子の前記両変形例において、突条部を通過したビームと、このビームに対し相対的にπだけ位相シフトして間隙およびこの間隙に部分的に含まれた充填材料内を通るビームとの同じ強度に基づいて、最大の強度変調とごく僅かなオフセットとを有する最適に構成された干渉パターンを作成することが達成される。

位相コントラスト画像および振幅コントラストの画像品質は、各ピクセル中の位相および振幅をいかに正確に決定できるかに左右される。これにとって決定的なのは、変調とオフセットとの比（ビーム路の全コンポーネントの変調伝達関数）である。回折されていない直接的ゼロ次ビームの強度も、オフセットに、従って画像の品質低下に関与する。それゆえに、この割合を減らすことが目標でなければならない。

透過格子の部分格子の配置に関して本発明によれば、少なくとも２つの部分格子の格子突条部の向きが同じ方向に向けられているかまたは逆方向に向けられていることが可能である。格子間隙内に同一面の充填材料を持たない部分格子の場合、格子突条部が互いに挟まって破損することのないように、部分格子をそれらの平らな側でのみ積重ねると特に好ましい。

透過格子の部分格子の一層簡単な位置合せに関して本発明者達は、個別のウェハ上に配置された少なくとも２つの部分格子に、相互の位置合せを容易にするマークを備えることを提案する。

前記Ｘ線光学格子の少なくとも１つを透過格子として有する、検査対象の投影または断層撮影による位相コントラスト画像を作成するためのＸ線装置の焦点‐検出器装置も、本発明の範囲に含まれる。

さらに、本発明に係るＸ線光学格子をそれぞれ備えた、投影による位相コントラスト画像を作成するためのＸ線システム、投影または断層撮影による位相コントラスト画像を作成するためのＸ線Ｃアームシステム、そして断層撮影による位相コントラスト画像を作成するためのＸ線コンピュータ断層撮影システムも、本発明の範囲に含まれる。

以下において本発明を図を参照して好ましい実施例に基づいて詳細に説明する。図には本発明を理解するのに必要な特徴のみが示されている。その際、次の符号が使用されている。１：コンピュータ断層撮影システム、２：第１Ｘ線管、３：第１検出器、４：第２Ｘ線管、５：第２検出器、６：ガントリハウジング、７：患者、８：患者寝台、９：システム軸線、１０：制御および演算ユニット、１１：記憶装置、Ｄ₁：検出器、ｄ：距離、Ｅ_X：検出素子、Ｆ₁：焦点、Ｇ₀：線源格子、Ｇ₁：位相格子、Ｇ₂：分析格子、Ｇ_xy：部分格子、ｇ₀，ｇ₁，ｇ₂：格子線の周期、ｈ₀，ｈ₁，ｈ₂：格子突条部の高さ、Ｌ：間隙（溝）、ｌ：距離、Ｐ：試料、Ｐｒｇ_n：プログラム、Ｓ：突条部、Ｓ_i：Ｘ線ビーム、ｘ，ｙ，ｚ：直角座標。

理解を助けるためにまず、位相コントラスト測定を可能にする本発明に係るＸ線光学格子を備えた焦点‐検出器装置の構造が示される。この点について基本的に付記しておくなら、図は寸法に忠実に描いてあるのでなく、基本構造もしくは記述する作用を強調するものである。横軸は縦軸（光軸）に比べて伸張されている。これにより角度は誇大に図示されている。干渉パターンの最大、すなわちタルボ距離に分析格子を位置決めすることがまさに本方法の目標であるが、特に干渉パターンと分析格子は教示する理由から互いに空間的に多少分離して書き込まれた。それゆえに寸法ｄ，ｒ₂は干渉パターンにも分析格子にも関係する。

図１は、Ｘ線コンピュータ断層撮影システムの焦点‐検出器システムとビーム路中にある検査対象としての試料Ｐとの概略三次元図である。焦点Ｆ₁と検出器Ｄ₁は、ここに詳しくは図示しないガントリ上に配置され、一点鎖線で示したシステム軸線を中心に円状に動く。焦点‐検出器システムの回転中に付加的に患者つまり試料Ｐの直線運動がシステム軸線方向に実行されると、患者つまり試料Ｐの公知のスパイラル走査が得られる。焦点‐検出器システムのビーム路中に３つのＸ線光学格子Ｇ₀，Ｇ₁，Ｇ₂が配置され、線源格子とも呼ばれる第１格子Ｇ₀は焦点Ｆ₁の直ぐ近くに取付けられ、Ｘ線を照射される。Ｘ線の伝搬方向において次に本来の検査対象Ｐが続く。システム軸線の反対側にある検出器Ｄ₁より前にはまず、位相格子と称される第２格子Ｇ₁がある。ビーム方向において次に、分析格子と称される第３格子Ｇ₂があり、この格子Ｇ₂は有利には検出器Ｄ₁の直前に配置されている。検出器Ｄ₁は位置分解検出器である。焦点Ｆ₁と個々の検出素子との間の接続線は走査時にそれぞれ、空間内に配置されるＸ線ビームを表し、その強度変化が各検出素子によって測定される。

格子線は有利には光軸に垂直、つまり焦点‐検出器中心点との間の中心線に垂直に向けられていなければならず、個々の格子の格子線は互いに平行に延びている。これは厳密には平坦格子に当てはまり、少なくとも近似的には湾曲格子にも当てはまる。

位相コントラストの測定は幾つかの幾何学的条件を守らねばならない。そのことが図２に詳しく図示されている。この図に示されている本発明に係る焦点‐検出器システムは格子セットＧ₀〜Ｇ₂を有する。第１格子Ｇ₀の前に焦点Ｆ₁がある。第１格子Ｇ₀は格子線の周期ｇ₀と、格子の間隙（溝）の間に形成された突条部の高さｈ₀とを備えている。同様に格子Ｇ₁，Ｇ₂も、格子の間隙（溝）の間に形成された突条部の高さｈ₁もしくはｈ₂と、周期ｇ₁もしくはｇ₂とを備えている。本発明に係る方法が機能するには、格子Ｇ₀，Ｇ₁間の距離ｌと、格子Ｇ₁，Ｇ２間の距離ｄが相互に特定の関係にあることが必要である。この関係が先の式（２）に記述されている。

検出器Ｄ₁の検出素子Ｅ₁〜Ｅ_nと最後の格子Ｇ₂との距離は微小である。位相格子Ｇ₁の突条部の高さｈ₁は、検討したＸ線エネルギーに相応して、間隙と比較して半波長の位相シフト（位相のずれ）を生じるように選択すべきであろう。

分析格子の高さｈ₂はＸ線が透過する突条部と格子の十分な欠落個所（溝）との間に有効吸収差を作成して相応の干渉パターン／定在波場を裏側に提供するのに十分であることも重要である。

指摘しておくなら、前記位相コントラスト測定用に必要なコヒーレンス条件が満たされるように、拡張された焦点が冒頭に述べた線源格子と組合せられるとき、焦点‐検出器装置のこの実施例において点状焦点は拡張された焦点によって取り替えることができる。

上に示したＸ線光学格子においては大抵の場合、格子が備えていなければならない格子突条部の高さが突条部の間隔に対して比較的大きいという問題が生じる。このような例示的格子の公知の例が図３に示されている。この格子は突条部Ｓと、突条部Ｓの間に形成された間隙（溝）Ｌとを有し、間隙Ｌはウェハの表面に例えばエッチング過程によって設けられている。

本発明によればこの製造問題は、特定機能を有する単一の格子の代わりに、直接前後に配置された複数の部分格子の組合せを使用し、これらの部分格子を、部分格子の作用が全体として置換された単一の格子の作用に一致するように構成することによって回避される。その第１例が図４に示されている。ここでは２つの部分格子Ｇ_X1，Ｇ_X2が１つの共通のウェハの両面に作成され、個々の構造体は格子間隙Ｌの深さがいまや僅かであるので著しく簡単に製造することができる。ちなみにこの場合、正確な相互位置合せの問題も、１つの共通のウェハを利用することによって解決される。

図５には、複数の部分格子（ここでは４つの部分格子）を組合せることによって１つのＸ線光学格子を実施する本発明に係る別の変形例が示されている。ここでは４つの同一でかつ同じ向きの部分格子Ｇ_X1〜Ｇ_X4が、置換されるべき本来の格子Ｇ_Xの格子突条部高さの１／４のみを有する。添字「ｘ」は図１、図２の焦点‐検出器装置の格子Ｇ₀〜Ｇ₂の１つの添字である。

部分格子の一層簡単な位置合せに関して本発明者達は、個別のウェハ上に配置された少なくとも２つの部分格子に、相互位置合せを容易にするマークを備えることを提案する。

位相格子および分析格子の微調整は徐々に行うこともできよう。第１位相格子と第１分析格子とが利用される。位相格子は最適構造にとって薄すぎるので、結果として得られる定在波場は確かに明確さが劣るが、しかしそれにもかかわらず存在する。格子は定在波場を利用して位置合せすることができる。

１．構造体の光軸に沿った格子位置の位置合せ：
位相格子Ｇ₁の周期と分析格子Ｇ₂の周期とは、コーンビームジオメトリの場合次式によって一次近似で互いに結合されている。
ｇ₂＝（１／２）｛（ｒ₁＋ｄ）／ｒ₁｝ｇ₁
但し、ｄは格子間の距離、ｒ₁は線源と第１格子との間の距離、ｇ₂は定在波場の横周期に等しい分析格子の周期、ｇ₁は位相格子の周期である。

この条件が守られない場合、分析格子の後方に配置された検出器には、干渉パターンではなく、格子突条部に対して平行な陰影線からなるいわゆる分割モアレパターンが生じる。そのことが該当するのは例えば、所定位置に関して格子が光軸に沿って移動されたときである。格子は、このパターンが消えるように格子を移動させることによって、ビーム軸線に沿った位置で位置合せすることができる。

２．格子線の平行な位置合せ：
分析格子の格子線が定在波場に対して（従って位相格子の格子線に対して）平行でない場合、分析格子の後方に配置された検出器には、干渉パターンではなく、格子突条部に垂直な陰影線からなるいわゆる捩れモアレパターンが生じる。格子線は、このパターンが消えるように格子を回転させることによって平行に位置合せすることができる。

実際には、捩りモアレパターンと分割モアレパターンとが重なることがある。角度および距離に関する格子位置合せの原理がそのことで変化することはない。まず、純分割モアレ、つまり格子線に対して平行な陰影線を有するモアレパターンが検出器上で観察されるまで格子を回すことによって、格子線を平行に位置合せすることができる。次に、上記の如くに格子の距離が修正される。代替的に、純捩れモアレ、つまり格子線に対して垂直な陰影線を有するモアレパターンが検出器上で観察されるまでまず格子を回すことによって、格子位置を光軸に沿って位置合せすることができる。次に、上記の如くに格子の捩れが修正される。

正しく位置合せされた格子に、正しく位置合せされていない他の格子が追加されると、定在波場は乱される。その場合、上記と同様にモアレパターンが生じる。追加された格子は前記と同じようにして位置合せされる。同じようにして別の格子が追加される。

指摘するなら、ビーム方向に見てそれぞれ格子間隙と格子突条部が前後に配置されている限り、個々の部分格子の配列を任意に行うことは本発明の範囲に含まれる。これは、本明細書の部分格子組合せの全ての変形例に適用される。

図６には２つの異なる二重格子Ｇ_X1，Ｇ_X2とＧ_X3，Ｇ_X4を有する本発明に係る部分格子組合せの他の変形例が示され、下側二重格子Ｇ_X3，Ｇ_X4は付加的に格子間隙Ｌ内に充填材料を有し、この充填材料は格子全体にわたってＸ線の均一吸収をもたらし、隣接する間隙Ｌと突条部Ｓとを透過したビームはπの位相シフトを受ける。付加的にここで下側二重格子はその突条部高さに関して、充填材料が格子突条部と同一面で終了するように構成されているが、しかしこれは必ずしも必要ではない。

図７〜図９は、平坦な部分格子を有する図５〜図６の変形例を示す。しかしここで格子突条部と格子間隙との向きはＸ線の半径方向の向きに合わせられている。さらに、図７の格子は間隙内が充填材料を完全に充填され、格子は吸収格子として、つまり線源格子または分析格子として役立つ。図８、図９の格子は、図６の下側に示すように格子面全体にわたって均一に吸収する位相格子として実施されている。

最後に図１０〜図１２は図７〜図９に相応の実施例を示しているが、しかしここでは部分格子が放射中心、つまり焦点を中心に湾曲して構成されている。この場合にも格子突条部Ｓはそれぞれ半径方向に焦点に向けられているので、個々のビームの陰影は部分格子を通過した時に格子間隙の縁領域内に現れない。

付加的に、本発明の範囲から逸脱することなく、ここに示す全ての部分格子の間に、格子構造体の可能な相互破損を防止する僅かな高さの板片またはフィルムを挿入することができる。

別のＸ線システム、特に投影による位相コントラスト画像を作成するためのＸ線システム、およびＣアーム機器の一例または代替として、本発明に係る焦点‐検出器システムを備えかつ本発明に係る方法を実施するための完全コンピュータ断層撮影システムが図１３に示されている。この図に示されているコンピュータ断層撮影システム１はＸ線管２と対向する検出器３とを有する第１焦点‐検出器システムを備え、これらは詳しくは図示しないガントリのガントリハウジング６内に配置されている。第１焦点‐検出器システム２，３のビーム路中に、部分格子から構成された格子を有する本発明に係るＸ線光学格子システムが配置され、患者７はシステム軸線９に沿って移動可能な患者寝台８上に横たわり、第１焦点‐検出器システムのビーム路内を動かすことができ、そこで走査される。コンピュータ断層撮影システム１の制御は演算および制御ユニット１０によって実行され、演算および制御ユニット１０の記憶装置１１に記憶されたプログラムＰｒｇ₁〜Ｐｒｇ_nは上で説明した本発明に係る方法を実行し、測定されビームに依存する位相シフトから相応の断層撮影画像を再構成する。

代替的に、単一の焦点‐検出器システムの代わりに、第１焦点‐検出器システムに追加して第２焦点‐検出器システムをガントリハウジング内に配置することができる。そのことがこの図に破線で示すＸ線管４と点線で示す検出器５とによって示唆されている。

位相コントラスト画像を検出するのに必要な格子構造体を定在超音波場によって格子媒体内に作成する本発明に係る格子が、少なくとも、１つの焦点‐検出器システム内にある。

補足的になお指摘しておくなら、図示された焦点‐検出器システムを用いてＸ線の位相シフトを測定できるだけでなく、焦点‐検出器システムはさらにＸ線吸収を従来どおり測定しかつ相応の吸収画像を再構成するのにも適している。場合によっては、吸収画像と位相コントラスト画像との複合画像を作成することもできる。

さらに指摘しておくなら、本件明細書において図示した医療用コンピュータ断層撮影システムは本発明の応用変種の単なる例示にすぎない。同様に本発明は、本願の枠から逸脱することなく、生物試料または無機試料を検査するためのシステムと合せて利用することができる。

自明のことであるが、本発明の前記特徴はその都度記載した組合せにおいてだけでなく、本発明の範囲から逸脱することなく別の組合せや単独でも応用可能である。

位相シフトを決定するための格子セットを有する焦点‐検出器システムの概略三次元図 線源格子と位相格子と分析格子とそれらの格子構造体とが図示されている焦点‐検出器システムの縦断面図 単一のＸ線光学格子を示す図 共通のウェハ上の二重部分格子としてのＸ線光学格子を示す図 ４つの同じ部分格子からなるＸ線光学格子を示す図 １つの部分格子内に充填物を有する２つの二重部分格子からなるＸ線光学格子を示す図 格子間隙と半径方向に向けられた格子突条部との両側で同一面の充填物を有する、１つの共通のウェハ上の二重部分格子としてのＸ線光学格子を示す図 半径方向に向けられた格子突条部と下側部分格子内に部分充填物とを有する３つの同じ部分格子からなるＸ線光学格子を示す図 半径方向に向けられた格子突条部を有し１つの部分格子内に充填物を有する２つの二重部分格子からなるＸ線光学格子を示す図 格子間隙の両側で同一面の充填物と焦点を中心として湾曲した構成とを有し１つの共通のウェハ上の二重部分格子としてのＸ線光学格子を示す図 焦点を中心として湾曲した構成と下側部分格子内に部分充填物とを有する３つの同じ部分格子からなるＸ線光学格子を示す図 １つの部分格子内に充填物を有し、半径方向に向けられた格子突条部と焦点を中心として湾曲した構成とを有する２つの二重部分格子からなるＸ線光学格子を示す図 本発明に係る焦点‐検出器システムを有するＸ線コンピュータ断層撮影システムの三次元図

符号の説明

１ コンピュータ断層撮影システム
２ 第１Ｘ線管
３ 第１検出器
４ 第２Ｘ線管
５ 第２検出器
６ ガントリハウジング
７ 患者
８ 患者寝台
９ システム軸線
１０ 制御および演算ユニット
１１ 記憶装置
Ｄ₁ 検出器
ｄ 距離
Ｅ_X 検出素子
Ｆ₁ 焦点
Ｇ₀ 線源格子
Ｇ₁ 位相格子
Ｇ₂ 分析格子
Ｇ_xy 部分格子
ｇ₀，ｇ₁，ｇ₂ 格子線の周期
ｈ₀，ｈ₁，ｈ₁₂ 格子突条部の高さ
Ｌ 間隙
ｌ 距離
Ｐ 試料
Ｐｒｇ_n プログラム
Ｓ 突条部
Ｓ_i Ｘ線ビーム
ｘ，ｙ，ｚ 直角座標

Claims (19)

1. 検査対象（７，Ｐ）の投影または断層撮影による位相コントラスト画像を作成するために、少なくとも１つのウェハの少なくとも１つの表面に周期的に配置された多数の格子突条部（Ｓ）および格子間隙（Ｌ）を有する、Ｘ線装置（１）の焦点‐検出器装置（Ｆ₁，Ｄ₁）のＸ線光学透過格子（Ｇ_x）において、Ｘ線光学透過格子（Ｇ_x）が、ビーム方向に直接前後に配置された少なくとも２つの部分格子（Ｇ_x1，_x2）から構成され、少なくとも１つの部分格子（Ｇ _xy ）の格子間隙（Ｌ）内に、関係するエネルギー範囲においてウェハ材料に比べて高い線形減弱係数を有する充填材料が配置されていることを特徴とするＸ線装置の焦点‐検出器装置のＸ線光学透過格子。
2. ２つの部分格子（Ｇ_x1，Ｇ_x2）の格子突条部（Ｓ）および格子間隙（Ｌ）が単一のウェハの両面に配置されていることを特徴とする請求項１記載の透過格子。
3. 少なくとも２つの部分格子（Ｇ_x1，Ｇ_x2）が異なる（＝同一でない）ウェハによって形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の透過格子。
4. 全ての部分格子（Ｇ_xy）の格子間隙（Ｌ）内に、関係するエネルギー範囲においてウェハ材料に比べて高い線形減弱係数を有する充填材料が配置されていることを特徴とする請求項１記載の透過格子。
5. 部分格子（Ｇ_xy）の格子間隙（Ｌ）内に充填材料が格子突条部（Ｓ）と同一面で配置されていることを特徴とする請求項４記載の透過格子。
6. 各ビーム（Ｓ_i）が部分格子（Ｇ_xy）を通過した時に格子突条部（Ｓ）のみまたは格子間隙（Ｌ）のみを透過するように、部分格子（Ｇ_xy）の格子突条部（Ｓ）および格子間隙（Ｌ）が互いに平行に向けられていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１つに記載の透過格子。
7. 通過するＸ線のビーム経過がファン状またはコーン状に構成され、
   ビーム方向に前後に配置された部分格子（Ｇ_x1，Ｇ_x2，Ｇ_x3）が異なる格子周期（ｇ_x1，ｇ_x2，ｇ_x3）を有し、
   ビーム束のビーム（Ｓ_i）が格子間隙（Ｌ）のみまたは格子突条部（Ｓ）のみを透過するように、格子（ｇ_x1，ｇ_x2，ｇ_x3）の周期が少なくとも１つの部分格子（Ｇ_x1）から少なくとも１つの後続の部分格子（Ｇ_x2）へ上昇し、かつ部分格子（Ｇ_x1，Ｇ_x2，Ｇ_x3）が互いに位置合わせして配置されている
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１つに記載の透過格子。
8. 部分格子（Ｇ_xy）が平坦に構成されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１つに記載の透過格子。
9. 部分格子（Ｇ_xy）が少なくとも１つの平面で放射原点を中心に湾曲して構成されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１つに記載の透過格子。
10. 少なくとも１つの部分格子（Ｇ_xy）が、ビーム方向に向けられた格子突条部（Ｓ）および格子間隙（Ｌ）を有することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１つに記載の透過格子。
11. 透過格子が位相格子（Ｇ₁）であり、位相シフトの測定に利用されたエネルギーのＸ線がＸ線のλ／２の位相シフトを生成し、全格子の後のＸ線の減弱が、少なくとも位相シフトの測定に利用されたエネルギーに関して、突条部（Ｓ）を通過した後と充填材料を通過した時とで同じになるように、間隙（Ｌ）内の充填材料の高さが設定されていることが、部分格子（Ｇ₁₁，Ｇ₁₂，Ｇ₁₃）全体に適用されることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１つに記載の透過格子。
12. 透過格子が位相格子（Ｇ₁）であり、位相シフトの測定に利用されたエネルギーのＸ線がＸ線のλ／２の位相シフトを生成し、各部分格子（Ｇ₁₁，Ｇ₁₂，Ｇ₁₃）後にＸ線の減弱が、少なくとも位相シフトの測定に利用されたエネルギーに関して、突条部を通過した時と充填材料を通過した後とで同じになるように、間隙（Ｌ）内の充填材料の高さが設定されていることが、各部分格子（Ｇ₁₁，Ｇ₁₂，Ｇ₁₃）に個々に適用されることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１つに記載の透過格子。
13. 少なくとも２つの部分格子（Ｇ_x1，Ｇ_x2，Ｇ_x3）の格子突条部の向きが同じ方向を向いていることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１つに記載の透過格子。
14. 少なくとも２つの部分格子（Ｇ_x1，Ｇ_x2，Ｇ_x3）の格子突条部の向きが逆方向に向いていることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１つに記載の透過格子。
15. 個別のウェハ上に配置された少なくとも２つの部分格子（Ｇ_x1，Ｇ_x2，Ｇ_x3）が、相互の位置合せを可能にするマークを有することを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１つに記載の透過格子。
16. 検査対象（７）の投影または断層撮影による位相コントラスト画像を作成するためのＸ線装置（１）の焦点‐検出器装置（Ｆ₁，Ｄ₁）において、使用されたＸ線光学格子の少なくとも１つが請求項１乃至１５のいずれか１つに記載の透過格子として構成されていることを特徴とするＸ線装置の焦点‐検出器装置。
17. 投影による位相コントラスト画像を作成するためのＸ線システムにおいて、Ｘ線システムが請求項１６記載の焦点‐検出器装置を有することを特徴とするＸ線システム。
18. 投影または断層撮影による位相コントラスト画像を作成するためのＸ線Ｃアームシステムにおいて、Ｘ線Ｃアームシステムが請求項１６記載の焦点‐検出器装置を有することを特徴とするＸ線Ｃアームシステム。
19. 断層撮影による位相コントラスト画像を作成するためのＸ線コンピュータ断層撮影システムにおいて、Ｘ線コンピュータ断層撮影システムが請求項１６記載の焦点‐検出器装置を有することを特徴とするＸ線コンピュータ断層撮影システム。

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