JP2008197593A - Ｘ線用透過型回折格子、ｘ線タルボ干渉計およびｘ線撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、格子を形成する部材の厚みをより薄くし得るＸ線用透過型回折格子、該Ｘ線用透過型回折格子を用いたＸ線タルボ干渉計およびＸ線撮像装置を提供する。
【解決手段】本発明のＸ線用透過型回折格子１１は、一方向に線状に延びるＸ線を透過する複数の透過部Ｒ１と一方向に線状に延びるＸ線を透過しない複数の非透過部Ｒ２とが交互に平行に配設された格子を備え、前記非透過部Ｒ２は、入射Ｘ線が前記格子によって回折される方向とは異なる方向に前記入射Ｘ線の進行方向を変化させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、Ｘ線を回折するＸ線用透過型回折格子、ならびに、該Ｘ線用回折格子を用いたＸ線タルボ干渉計およびＸ線撮像装置に関する。

回折格子は、多数の平行な周期構造を備えた分光素子として様々な装置の光学系に利用されており、近年では、Ｘ線撮像装置への応用も試みられている。回折格子には、回折方法で分類すると、透過型回折格子と反射型回折格子とがあり、さらに、透過型回折格子には、光を透過させる基板上に光を吸収する部材を周期的に配列した振幅型回折格子と、光を透過させる基板上に光の位相を変化させる部材を周期的に配列した位相型回折格子とがある。ここで、吸収および透過とは、それぞれ、５０％より多くの光が吸収および透過することをいう。

近赤外線用、可視光用または紫外線用の振幅型回折格子は、近赤外線、可視光および紫外線が非常に薄い厚みの金属によって充分に吸収されることから、比較的容易に製作可能である。例えばガラスなどの基板に金属が蒸着されて基板上に金属膜が形成され、該金属膜が格子にパターニングされることによって振幅型回折格子が作製される。可視光用の振幅型回折格子では、金属にアルミニウム（Ａｌ）が用いられる場合、アルミニウムにおける可視光（約４００ｎｍ〜約８００ｎｍ）に対する透過率が０．００１％以下であるので、金属膜は、例えば１００ｎｍ程度の厚みで充分である。

一方、Ｘ線の透過率、例えば膜厚１００ｎｍにおける波長３０ｋｅＶ（＝０．０４１ｎｍ）のＸ線に対する透過率は、アルミニウムや鉛（Ｐｂ）、金（Ａｕ）で９９％以上である。このため、Ｘ線用の振幅型回折格子が金で製作される場合、その膜厚は、例えば、透過率が１０％以下とした場合に５０μｍ程度の厚みが必要となる。

例えば、特許文献１には、Ｘ線タルボ干渉計に用いられる振幅型回折格子の製造方法が開示されている。特許文献１では、樹脂やシリコン層に溝が形成され、該溝に電鋳法によってＸ線吸収部が形成されることによって振幅型回折格子が作製される。そして、この特許文献１に開示の振幅型回折格子では、上記金属膜に相当するＸ線吸収部の厚みが２５μｍ以上１００μｍ以下とされている。

そして、Ｘ線タルボ干渉計を用いたＸ線撮像装置は、例えば、特許文献２や非特許文献１に開示されている。Ｘ線タルボ干渉計を用いたＸ線撮像装置は、Ｘ線を波として扱って、被写体を通過することによって生じるＸ線の位相シフトを検出することによって、被写体の透過画像を得る位相コントラスト法の一つであり、被写体によるＸ線吸収の大小をコントラストとした画像を得る吸収コントラスト法に較べて、約１０００倍の感度改善が見込まれ、それによってＸ線照射量が例えば１／１００〜１／１０００に軽減可能となるという利点もある。

図７は、特許文献２に記載のＸ線撮像装置の概略的な構成を示す説明図である。図７において、特許文献２に記載のＸ線撮像装置１０００は、Ｘ線源１００１と、Ｘ線源１００１から照射されるＸ線を回折する位相型の第１回折格子１００２と、第１回折格子１００２により回折されたＸ線を回折することにより画像コントラストを形成する振幅型の第２回折格子１００３と、第２回折格子１００３により画像コントラストの生じたＸ線を検出するＸ線画像検出器１００４とを備え、第１および第２回折格子１００２、１００３がタルボ干渉計を構成する条件に設定される。この条件は、次の式１および式２によって表される。式２は、第１回折格子１００２が位相型回折格子であることを前提としている。
ｌ＝λ／（ａ／（Ｌ＋Ｚ１＋Ｚ２）） ・・・（式１）
Ｚ１＝（ｍ＋１／２）×（ｄ^２／λ） ・・・（式２）

ここで、ｌは、可干渉距離であり、λは、Ｘ線の波長（通常は中心波長）であり、ａは、回折格子の回折部材にほぼ直交する方向におけるＸ線源１００１の開口径であり、Ｌは、Ｘ線源１００１から第１回折格子１００２までの距離であり、Ｚ１は、第１回折格子１００２から第２回折格子１００３までの距離であり、Ｚ２は、第２回折格子１００３からＸ線画像検出器１００４までの距離であり、ｍは、整数であり、ｄは、回折部材の周期（回折格子の周期、格子定数、隣接する回折部材の中心間距離）である。

このような構成のＸ線撮像装置１０００では、Ｘ線源１００１と第１回折格子１００２との間に被検体１０１０が配置され、Ｘ線源１００１から第１回折格子１００２に向けてＸ線が照射される。この照射されたＸ線は、第１回折格子１００２でタルボ効果を生じ、タルボ像を形成する。このタルボ像が第２回折格子１００３で作用を受け、モアレ縞の画像コントラストを形成する。そして、この画像コントラストがＸ線画像検出器１００４で検出される。このモアレ縞は、被検体１０１０によって変調を受けており、この変調量が被検体１０１０による屈折効果によってＸ線が曲げられた角度に比例する。このため、モアレ縞を解析することによって被検体１０１０およびその内部の構造を検出することができる。

ここで、タルボ効果とは、回折格子に光が入射されると、或る距離に前記回折格子と同じ像（前記回折格子の自己像）が形成されることをいい、この或る距離をタルボ距離Ｌといい、この自己像をタルボ像という。タルボ距離Ｌは、回折格子が位相型回折格子の場合では、上記式２に表されるＺ１となる（Ｌ＝Ｚ１）。タルボ像は、Ｌの奇数倍（＝（２ｍ＋１）Ｌ、ｍは、整数）では、反転像が現れ、Ｌの偶数倍（＝２ｍＬ）では、正像が現れる。
特開２００６−２５９２６４号公報 国際公開第ＷＯ２００４／０５８０７０号パンフレット 百生敦、「Ｘ線位相イメージングの最近の展開」、Medical Imaging Technology,Vol.24,No.5,November 2006

このＸ線撮像装置１０００に利用される第１回折格子１００２は、Ｘ線のタルボ像を形成するために、Ｘ線の波長よりも充分に粗い格子、例えば、格子定数がＸ線の波長の約２０倍以上である必要がある。Ｘ線の波長は、一般に、１０^−１２ｍ〜１０^−８ｍくらいであるので、第１回折格子１００２の格子定数は、１０^−１１ｍ〜１０^−７ｍくらいであり、実用的には、数μｍとなる。タルボ像は、第１回折格子１００２の自己像であるため、すなわち、入射Ｘ線が平行光である場合には第１回折格子１００２の格子模様と同一模様の像であり、Ｘ線源１００１が点光源と見なせる場合にはＸ線源１００１から第１回折格子１００２までの距離とＸ線源１００１から第２回折格子１００３までの距離との比に応じた拡大された第１回折格子１００２の格子模様の像であり、タルボ像も数μｍの周期の縞模様となる。このため、タルボ像が第２回折格子１００３によってモアレを生じるためには、第２回折格子１００３の格子定数も数μｍとなる。

一方、この第２回折格子１００３を振幅型（吸収型）回折格子で形成する場合、振幅型回折格子として機能するような充分なＸ線を吸収させるためには、第２回折格子１００３の回折部材（上記金属膜や上記Ｘ線吸収部に相当する）に重い元素の例えば金を用いた場合でも、上述したように、数十〜数百μｍの厚さが必要となる。

したがって、図８に示すように、第２回折格子１００３の回折部材は、幅が数μｍ（例えば４μｍ）に対し厚さが数十〜数百μｍ（例えば１００μｍ）となる。このため、回折部材をハイアスペクト比で形成する必要があり、第２回折格子１００３の製作が容易ではない。特許文献１に記載の製造方法でも溝を深くする必要があり、容易ではない。

また、仮に第２回折格子１００３が製作することができたとしても、Ｘ線源１００１から放射したＸ線は、Ｘ線源１００１が点光源であるため、放射状に拡がる。このため、図８に示すように、第２回折格子１００３の中心領域では、タルボ像のＸ線が回折部材と略平行に入射されるため、タルボ像と第２回折格子１００３とによってモアレを生じるが、第２回折格子１００３の両サイド領域では、タルボ像のＸ線が回折部材に対して斜めに入射されるため、タルボ像と第２回折格子１００３とによるモアレ像がぼけるか、あるいは全くモアレを生じない。

本発明は、上述の事情に鑑みて為された発明であり、その目的は、格子を形成する部材の厚みをより薄くすることができるＸ線用透過型回折格子を提供することである。そして、本発明の他の目的は、このＸ線用透過型回折格子を用いたＸ線タルボ干渉計およびＸ線撮像装置を提供することである。

本発明者は、種々検討した結果、上記目的は、以下の本発明により達成されることを見出した。即ち、本発明に係る一態様のＸ線用透過型回折格子は、一方向に線状に延びるＸ線を透過する複数の透過部と一方向に線状に延びるＸ線を透過しない複数の非透過部とが交互に平行に配設された格子を備え、前記非透過部は、入射Ｘ線が前記格子によって回折される方向とは異なる方向に前記入射Ｘ線の進行方向を変化させることを特徴とする。

このような構成のＸ線用透過型回折格子では、非透過部は、入射Ｘ線が格子によって回折される方向とは異なる方向に入射Ｘ線の進行方向を変化させるので、Ｘ線を充分に吸収する必要がなく、非透過部の厚みをより薄くすることができる。

そして、上述のＸ線用透過型回折格子において、前記非透過部は、Ｘ線を反射する複数の層から成る反射膜であることを特徴とする。

この構成によれば、非透過部が複数層の反射膜であるので、入射Ｘ線を反射させることによって実質的に入射Ｘ線が吸収されたとみなすことができる。反射膜は、例えば３００ｎｍ程度であり、非透過部の厚みをより薄くすることができる。

また、上述のＸ線用透過型回折格子において、前記入射Ｘ線の入射光軸と前記非透過部における反射面の法線方向とのなす角が０度を除く角度であることを特徴とする。そして、好ましくは、前記なす角が０度より大きく４５度以下である。

この構成によれば、入射Ｘ線は、入射光軸と異なる方向に非透過部の反射膜で反射されるので、Ｘ線源への影響を軽減することができる。そして、前記なす角が０度より大きく４５度以下とされることによって、非透過部の反射膜で反射されたＸ線が格子で回折されたＸ線の進行方向に伝播しないので、非透過部の反射膜で反射されたＸ線が格子で回折されたＸ線に与える影響を軽減することができる。

上記構成において、前記入射Ｘ線の入射光軸と前記非透過部における反射面の法線方向との前記なす角が、前記入射Ｘ線の照射面内で、場所により異なることが望ましい。この場合、前記なす角が、Ｘ線の入射光軸を中心に対称とされていることが特に好ましい。

上記構成において、前記格子は、一次元周期又は二次元周期のものとすることができる。二次元周期とする場合、その周期構造として、正方格子配列又は三角格子配列を採用することが望ましい。

そして、本発明に係る他の一態様のＸ線タルボ干渉計は、これら上述の何れか１つのＸ線用透過型回折格子を含むことを特徴とする。

この構成によれば、本発明に係るＸ線用透過型回折格子を用いたＸ線タルボ干渉計が提供される。

そして、本発明に係る他の一態様のＸ線撮像装置は、Ｘ線を放射するＸ線源と、前記Ｘ線が入射されるＸ線干渉計と、前記Ｘ線干渉計から射出されるＸ線を撮像する撮像部とを備え、前記Ｘ線干渉計は、上述のＸ線タルボ干渉計であることを特徴とする。

この構成によれば、本発明に係るＸ線用透過型回折格子を用いたＸ線タルボ干渉計のＸ線撮像装置が提供される。

本発明に係るＸ線用透過型回折格子では、格子を形成する非透過部の厚みがより薄くなる。そして、本発明では、このＸ線用透過型回折格子を用いたＸ線タルボ干渉計およびＸ線撮像装置が提供される。

以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。

本実施形態では、本発明に係るＸ線用透過型回折格子がＸ線撮像装置のＸ線タルボ干渉計における回折格子に用いられたが、これに限定されるものではなく、Ｘ線を回折する振幅型回折格子として、広く一般に、様々な装置の光学系に利用可能である。

（実施形態の構成）
図１は、実施形態におけるＸ線撮像装置の構成を示す説明図である。図２は、実施形態におけるＸ線用透過型回折格子の構成を示す部分斜視図である。図３は、実施形態におけるＸ線用透過型回折格子の第１の製造方法を説明するための図である。図４は、実施形態におけるＸ線用透過型回折格子の第２の製造方法を説明するための図である。

図１において、Ｘ線撮像装置１は、Ｘ線撮像部１０と、第２回折格子１１と、第１回折格子１２と、Ｘ線源１３とを備え、さらに、本実施形態では、Ｘ線源１３に電源を供給するＸ線電源部１４と、Ｘ線撮像部１０の撮像動作を制御するカメラ制御部１５と、本Ｘ線撮像装置１の全体動作を制御する処理部１６と、Ｘ線電源部１４の給電動作を制御することによってＸ線源１３におけるＸ線の放射動作を制御するＸ線制御部１７とを備えて構成される。

Ｘ線源１３は、Ｘ線を放射し、第１回折格子１２へ向けてＸ線を照射する装置である。Ｘ線源１３は、例えば、Ｘ線電源部１４から供給された高電圧が陰極と陽極との間に印加され、陰極のフィラメントから放出された電子が陽極に衝突することによってＸ線を放射する装置である。

第１回折格子１２は、Ｘ線源１３から放射されたＸ線によってタルボ効果を生じる透過型の回折格子である。第１回折格子１２は、Ｘ線を透過する材料から構成された平板状の基板と、基板の一方面に形成された複数の回折部材とを備えて構成される。この複数の回折部材は、それぞれ、一方向（図１では紙面の法線方向）に延びる線状であり、該一方向と直交する方向に所定の間隔を空けてそれぞれ配設される。この所定の間隔は、本実施形態では、一定とされている。すなわち、複数の回折部材は、前記一方向と直交する方向に等間隔でそれぞれ配設されている。第１回折格子１２の基板には、例えばガラスが用いられ、その回折部材には、例えば金（Ａｕ）が用いられる。第１回折格子１２は、タルボ効果を生じる条件を満たすように構成されており、Ｘ線源１３から放射されたＸ線の波長よりも充分に粗い格子、例えば、格子定数（回折格子の周期）ｄが当該Ｘ線の波長の約２０以上である位相型回折格子である。なお、第１回折格子１２は、このような振幅型回折格子であってもよい。

第２回折格子１１は、第１回折格子１２から略タルボ距離Ｌ離れた位置に配置され、第１回折格子によって回折されたＸ線を回折する透過型の振幅型回折格子である。第２回折格子１１は、図２に示すように、一方向に線状に延びるＸ線を透過する複数の透過部Ｒ１と一方向に線状に延びるＸ線を透過しない複数の非透過部Ｒ２とが交互に平行に配設された格子を備え、この非透過部Ｒ２は、入射Ｘ線がこの格子によって回折される方向とは異なる方向に入射Ｘ線の進行方向を変化させるものである。

すなわち、第２回折格子１１の格子は、第２回折格子１１の射出側であって、透過部Ｒ１および非透過部Ｒ２が線状に延びる一方向を法線とする平面内の方向に入射Ｘ線を回折するので、非透過部Ｒ２は、この方向を除く方向に入射Ｘ線の進行方向を変化させる。より具体的には、図２に示すように、基板１１ａの一方面における透過部Ｒ１および非透過部Ｒ２が線状に延びる方向をＸ軸方向、基板１１ａの一方面におけるＸ軸方向に直交する方向をＹ軸方向、および、基板１１ａの一方面の法線方向（厚さ方向）をＺ軸方向とするＸＹＺ直交座標系を設定すると、第２回折格子１１の格子は、第２回折格子１１の射出側であってＹＺ平面内の方向（Ｘ軸回り）に入射Ｘ線を回折するので、非透過部Ｒ２は、この方向を除く方向に、すなわち、第２回折格子１１の入射側の任意の方向や、第２回折格子１１の射出側であってＸＹ平面内の方向（Ｚ軸回り）や、第２回折格子１１の射出側であってＺＸ平面内の方向（Ｙ軸回り）に入射Ｘ線の進行方向を変化させる。

第２回折格子１１は、例えば、本実施形態では、可視光を透過する材料から構成された平板状の基板１１ａと、基板１１ａの一方面に形成されたＸ線を反射する複数の層から成る複数の反射膜１１ｂとを備えて構成される。この複数の反射膜１１ｂは、それぞれ、一方向に延びる線状であり、該一方向と直交する方向に所定の間隔を空けてそれぞれ配設される。この所定の間隔は、本実施形態では、一定とされている。すなわち、複数の反射膜１１ｂは、前記一方向と直交する方向に等間隔でそれぞれ配設されている。第２回折格子１１の基板１１ａには、例えばガラスが用いられる。

この反射膜１１ｂには、例えば、Ｘ線の波長に対し或る入射角においてブラッグ反射の条件を満足するように反射面を所定の一定間隔で積層し、反射光の干渉を利用することによって反射光強度を強める多層膜反射鏡が用いられる。第１物質としては、反射しようとするＸの波長において高屈折率で、望ましくはさらに低吸収である材料、例えば、重い元素が用いられる。第２物質は、この反射層との屈折率の差が大きくとれ、望ましくはさらに低吸収である材料、例えば、軽い元素が用いられる。

すなわち、多層膜反射鏡は、互いに屈折率の異なる第１および第２の物質を入射角とＸ線の波長とにより決められた周期長で交互に積層した多層構造を有する。第１物質は、例えば、タングステン（Ｗ）やモリブデン（Ｍｏ）などの高融点な遷移金属元素（遷移金属元素を含む合金でもよい）が用いられ、第２物質は、例えば、シリコン（Ｓｉ）や炭素（Ｃ）などの軽い元素が用いられる。本実施形態では、例えば、第１および第２物質は、タングステンとシリコンとがそれぞれ用いられる。シリコン層の厚みおよびタングステン層の厚みは、反射すべきＸ線の波長に応じて設定される。なお、図２では、図３および図４も同様に、図示の都合上、２組の４層が図示されているが、反射膜１１ｂは、所定の反射率が得られるような例えば数十組の多数層とされる。

この反射膜１１ｂによって上記非透過部Ｒ２が構成され、この反射膜１１ｂが形成されていない基板１１ａの部分によって上記透過部Ｒ１が構成される。

このような構成の第２回折格子１１は、例えば、図３に示すように、まず、基板１１ａが用意され（図３（Ａ））、この基板１１ａの一方面上にシリコン層とタングステン層とが交互に積層された多層膜Ｓｉ／Ｗが形成される（図３（Ｂ））。シリコン層およびタングステン層は、マグネトロンスパッタ、電子ビーム蒸着およびイオンビームスパッタなどの成膜技術によって形成される。多層膜Ｓｉ／Ｗが前記複数の反射膜１１ｂを形成するように、フォトリソグラフィーなどの既知の技術により、エッチングの保護膜となるレジストのマスクパターン（不図示）が多層膜Ｓｉ／Ｗ上に形成された後に、透過部Ｒ１の領域における多層膜Ｓｉ／Ｗが、基板１１ａが露出するまでエッチングされる（図３（Ｃ））。そして、レジストのマスクパターンが除去され、図２に示す第２回折格子１１が作製される。

あるいは、このような構成の第２回折格子１１は、例えば、図４に示すように、まず、基板１１ａが用意され（図４（Ａ））、一方向に線状に延びると共に該一方向と直交する方向に所定の間隔を空けてそれぞれ配設される複数のパターンＰ１を有するレジストのマスクパターンＰが、フォトリソグラフィーなどの既知の技術により、基板１１ａの一方面に形成される（図４（Ｂ））。すなわち、マスクパターンＰは、平面視した場合、当該マスクパターンＰによってマスクされない部分が前記複数の反射膜１１ｂの形状とされる。次に、基板１１ａにおけるこのマスクパターンＰが形成された一方面上に、シリコン層とタングステン層とが交互に積層された多層膜Ｓｉ／Ｗが成膜技術を用いて形成される（図４（Ｃ））。そして、マスクパターンＰを除去することにより、マスクパターンＰ上に形成された多層膜Ｓｉ／Ｗが除去（リフトオフ）され（図４（Ｄ））、図２に示す第２回折格子１１が作製される。

図１に戻って、これら第１および第２回折格子１２、１１は、上述の式１および式２によって表されるタルボ干渉計を構成する条件に設定されている。

Ｘ線撮像部１０は、第２回折格子１１によって回折されたＸ線の像を撮像する装置である。Ｘ線撮像部１０は、例えば、Ｘ線のエネルギーを吸収して蛍光を発するシンチレータを含む薄膜層が受光面上に形成された二次元イメージセンサを備えるフラットパネルディテクタ（ＦＰＤ）や、入射フォトンを光電面で電子に変換し、この電子をマイクロチャネルプレートで倍増し、この倍増された電子群を蛍光体に衝突させて発光させるイメージインテンシファイア部と、イメージインテンシファイア部の出力光を撮像する二次元イメージセンサとを備えるイメージインテンシファイアカメラなどである。

処理部１６は、Ｘ線撮像装置１の各部を制御することによってＸ線撮像装置１全体の動作を制御する装置であり、例えば、マイクロプロセッサおよびその周辺回路を備えて構成され、機能的に、画像処理部１６１およびシステム制御部１６２を備えている。

システム制御部１６２は、Ｘ線制御部１７との間で制御信号を送受信することによってＸ線電源部１４を介してＸ線源１３におけるＸ線の放射動作を制御すると共に、カメラ制御部１５との間で制御信号を送受信することによってＸ線撮像部１０の撮像動作を制御する。システム制御部１６２の制御によって、Ｘ線が被写体Ｓに向けて照射され、これによって生じた像がＸ線撮像部１０によって撮像され、画像信号がカメラ制御部１５を介して処理部１６に入力される。

画像処理部１６１は、Ｘ線撮像部１０によって生成された画像信号を処理し、被写体Ｓの画像を生成する。

次に、本実施形態の動作について説明する。
（実施形態の動作）
被写体ＳがＸ線源１３と第１回折格子１２との間に配置され、Ｘ線撮像装置１のユーザによって図略の操作部から被写体Ｓの撮像が指示されると、処理部１６のシステム制御部１６２は、被写体Ｓに向けてＸを照射すべくＸ線制御部１７に制御信号を出力する。この制御信号によってＸ線制御部１７は、Ｘ線電源部１４にＸ線源１３へ給電させ、Ｘ線源１３は、Ｘ線を放射して被写体Ｓに向けてＸ線を照射する。

照射されたＸ線は、第１回折格子１２を通過し、第１回折格子１２によって回折され、タルボ距離Ｌ（＝Ｚ１）離れた位置に第１回折格子１２の自己像であるタルボ像Ｔが形成される。

この形成されたＸ線のタルボ像Ｔは、第２回折格子１１における透過部Ｒ１を透過する一方非透過部Ｒ２で反射することで第２回折格子１１によって回折され、モアレを生じてモアレ縞の像が形成される。このモアレ縞の像は、システム制御部１６２によって例えば露光時間などが制御されたＸ線撮像部１０によって撮像される。

Ｘ線撮像部１０は、モアレ縞の像の画像信号をカメラ制御部１５を介して処理部１６へ出力する。この画像信号は、処理部１６の画像処理部１６１によって処理される。

ここで、被写体ＳがＸ線源１３と第１回折格子１２との間に配置されているので、被写体Ｓを通過したＸ線には、被写体Ｓを通過しないＸ線に対し位相がずれる。このため、第１回折格子１２に入射したＸ線には、その波面に歪みが含まれ、タルボ像Ｔには、それに応じた変形が生じている。このため、タルボ像Ｔと第２回折格子１１との重ね合わせによって生じた像のモアレ縞は、被写体Ｓによって変調を受けており、この変調量が被写体Ｓによる屈折効果によってＸ線が曲げられた角度に比例する。したがって、モアレ縞を解析することによって被写体Ｓおよびその内部の構造を検出することができる。また、被写体Ｓを複数の角度から撮像することによってＸ線位相ＣＴ（computed tomography）により被写体Ｓの断層画像が形成可能である。

そして、本実施形態の第２回折格子１１では、非透過部Ｒ２は、多層膜反射鏡で構成され、入射Ｘ線が格子によって回折される方向とは異なる方向に入射Ｘ線の進行方向を変化させるので、Ｘ線を充分に吸収する必要がなく、非透過部Ｒ２の厚みをより薄くすることができる。そのため、第２回折格子１１の作製が比較的容易となる。また、そのため、入射Ｘ線が非透過部Ｒ２と第２回折格子１１におけるより広い領域で、斜め入射の影響を軽減できる。このため、本実施形態の第２回折格子１１がＸ線タルボ干渉計の回折格子に用いられた場合、タルボ像ＴのＸ線が非透過部Ｒ２と第２回折格子１１におけるより広い領域で斜め入射の影響を軽減され、第２回折格子１１のより広い領域でタルボ像と第２回折格子１１とによってモアレが生じる。したがって、Ｘ線タルボ干渉計やＸ線撮像装置１の大型化が回避可能となる。

図５は、実施形態におけるＸ線用透過型回折格子の他の構成を示す部分斜視図である。図６は、実施形態における他の構成のＸ線用透過型回折格子における製造方法を説明するための図である。

なお、上述の実施形態では、非透過部Ｒ２の反射膜１１ｂは、入射Ｘ線の入射光軸と非透過部Ｒ２における反射面の法線方向とのなす角が０度であったが、入射Ｘ線の入射方向と非透過部Ｒ２における反射面の法線方向とのなす角が０度を除く角度であってもよい。すなわち、上述の実施形態では、非透過部Ｒ２の反射膜１１ｂは、図２に示すように、基板１１ａの一方面上にそのまま形成され、基板１１ａの一方面と反射膜１１ｂの反射面が平行とされたが、図５に示すように、基板３１ａの一方面における非透過部Ｒ２の領域に傾斜面ＳＬが形成され、この傾斜面上に反射膜３１ｂが形成されてもよい。

このように入射Ｘ線の入射光軸と非透過部Ｒ２における反射面の法線方向とのなす角が０度を除く角度となるように非透過部Ｒ２の反射膜３１ｂが構成されることによって、入射Ｘ線は、入射光軸と異なる方向に非透過部Ｒ２の反射膜３１ｂで反射されるので、Ｘ線源１３への影響が軽減可能となる。そして、好ましくは、このなす角が０度より大きく４５度以下である。このようにこのなす角が０度より大きく４５度以下とされることによって、非透過部Ｒ２の反射膜３１ｂで反射されたＸ線が入射光軸方向に伝播しないので、非透過部Ｒ２の反射膜３１ｂで反射されたＸ線がＸ線源１３や被写体Ｓに与える影響を軽減することが可能となる。

なお、Ｘ線源１３が点光源である場合、入射Ｘ線は第２回折格子１１に到達するまでにある程度拡散する。このため、第２回折格子１１における入射Ｘ線の照射面内において、入射Ｘ線の入射角度が場所により異なるものとなる。従って、同じ角度の傾斜面上に各反射膜３１ｂが形成されている場合、各々の非透過部Ｒ２に向かう入射Ｘ線の入射角が前記照射面内位置により異なるようになる。

この場合、Ｘ線源１３の中心光軸を「Ｘ線の入射光軸」とするとき、前記なす角が、Ｘ線の入射光軸を中心に対称とされていることが望ましい。反射膜３１ｂで反射されたＸ線は、Ｘ線吸収部にて吸収させることが望ましいが、反射面が全面で同一角度であると、反射されたＸ線は広い範囲で照射面外に出て行くため、装置構成が大型化する。しかし、前記なす角を対称とすることで、反射されたＸ線を照射面外にある一点、或いは極めて狭い範囲内に集中させることができるので、装置構成の小型化を図ることができる。また、製造の観点からは、傾斜角度の大きい溝は、その形成が一般に困難である。しかし、上記構成によれば、反射されたＸ線を照射面外に出そうとすると、画面中心より離れた部分では傾斜角度を小さくすることになるので、全体としてみたときの回折格子の製造上の困難度が低くなる。

このような構成の第２回折格子３１は、例えば、図６に示すように、まず、基板３１ａが用意され（図６（Ａ））、一方向に線状に延びると共に該一方向と直交する方向に所定の間隔を空けてそれぞれ配設される複数の非透過部Ｒ２の領域に、非透過領域Ｒ２の線状に延びる前記一方向（非透過領域Ｒ２の長尺方向）に直交する非透過領域Ｒ２の幅方向における一方端から他方端に向けて、基板３１ａの厚さ方向への深さが徐々に深くなるように、傾斜面ＳＬがそれぞれ形成される（図６（Ｂ））。

すなわち、図５および図６に示すように、基板３１ａの一方面における透過部Ｒ１および非透過部Ｒ２が線状に延びる方向をＸ軸方向、基板３１ａの一方面におけるＸ軸方向に直交する方向をＹ軸方向、および、基板３１ａの一方面の法線方向（厚さ方向）をＺ軸方向とするＸＹＺ直交座標系を設定すると、複数の非透過領域Ｒ２の領域に、Ｚ軸方向への深さがＹ軸方向へ徐々に深くなるように、傾斜面ＳＬがそれぞれ形成される。傾斜面ＳＬは、例えば、グレイマスクを作製してエッチングを行う方法、切削する方法、および、ナノインプリントを行う方法などの傾斜作成方法によって形成される。

次に、基板３１ａにおけるこの傾斜面ＳＬが形成された一方面上に、シリコン層とタングステン層とが交互に積層された多層膜Ｓｉ／Ｗが成膜技術を用いて形成される（図６（Ｃ））。傾斜面ＳＬ上の多層膜Ｓｉ／Ｗを保護する保護膜（不図示）が傾斜面ＳＬ上の多層膜Ｓｉ／Ｗ上に形成された後に、透過部Ｒ１の領域における多層膜Ｓｉ／Ｗが、基板３１ａが露出するまでエッチングされ、そして、保護膜が除去され（図６（Ｄ））、図５に示す第２回折格子３１が作製される。

なお、図５および図６では、図示の都合上、１組の２層が図示されているが、反射膜３１ｂは、所定の反射率が得られるような例えば数十組の多数層とされる。

ここで、このような第２回折格子３１がＸ線撮像装置１のＸ線タルボ干渉計における回折格子に用いられる場合、傾斜面ＳＬ上の反射膜３１ｂによって進行方向が変えられたＸ線が被写体Ｓに戻らない角度に、入射Ｘ線の入射光軸と非透過部Ｒ２における反射面（傾斜面ＳＬ）の法線方向とのなす角が設定されることが好ましい。このようなＸ線が被写体Ｓに戻らない角度は、撮像領域となる第１回折格子１２および第２回折格子３１における格子の幅（Ｙ軸方向の長さ）、および、第１回折格子１２と第２回折格子３１との距離（タルボ距離Ｌ）などに応じて適宜に設定される。

例えば、入射Ｘ線の入射光軸と非透過部Ｒ２における反射面（傾斜面ＳＬ）の法線方向とのなす角を、入射Ｘ線の照射面内で、場所により異ならせる場合、図９に示すように、第２回折格子と被測定物との距離をＬ（被測定物と第１回折格子とが密着している場合は、略タルボ距離）、Ｘ線が第２回折格子に入射した位置から被測定物の最も近い端縁までの基板面内方向の距離をｄ、第２回折格子が平坦であると仮定した場合にその法線に対するＸ線の入射角度をθとすると、場所ごとの傾斜角は、次式
φ＝ｔａｎ^−１（ｄ／Ｌ）
で示されるφを用いて、（θ−φ）／２以上とすることが望ましい。

なお、図５および図６に示す例では、Ｚ軸方向の深さがＹ軸方向に徐々に深くなる傾斜面ＳＬが形成されたが、Ｚ軸方向の深さがＸ軸方向に徐々に深くなる傾斜面が各非透過部Ｒ２にそれぞれ１または複数形成されてもよい。

また、上述の実施形態において、第１および第２回折格子１２、１１、３１は、Ｘ線源１３とＸ線撮像部１０とを通る光軸まわりに相対的に角度θだけ回転して配置されてもよい。格子定数ｄの第１および第２回折格子１２、１１、３１を角度θだけ回転して配置すると、モアレ縞の間隔がｄ／θとなるので、角度θが微小角度とされることで、モアレ縞の間隔が拡大され、モアレ縞の解析がより容易となる。

さらに、上述の実施形態において、第１および第２回折格子１２、１１、３１の格子定数が異なっていてもよい。第１および第２回折格子１２、１１、３１の格子定数をそれぞれｄ１、ｄ２とすると、ｄ１×ｄ２／（ｄ２−ｄ１）のモアレ縞が現れ、上述と同様に、このモアレ縞を解析することによっても被写体Ｓおよびその内部の構造を検出することができる。

そして、上述の実施形態では、Ｘ線源１３と第１回折格子１２との間に被写体Ｓが配置されたが、第１回折格子１２と第２回折格子１１、３１との間に被写体Ｓが配置されてもよい。

また、上述の実施形態では、第２回折格子１１、３１に本発明に係る透過型回折格子を用いる例を示したが、第１回折格子１２に本発明に係る透過型回折格子を採用しても良い。

また、上述の実施形態では、第２回折格子１１、３１によって回折されたＸ線の像がＸ線撮像部１０で撮像されたが、Ｘ線フィルムによって撮像されてもよい。

さらに、上述の実施形態では、第２回折格子１１、３１が一次元周期の格子に形成されている例を示したが、これに限定されるものではない。格子のパターンは、二次元周期の格子のパターンであってもよく、その周期構造は、正方格子配列や三角格子配列であってもよい。例えば、二次元周期の格子パターンは、回折部材となるドットが線形独立な２方向に所定の間隔を空けて等間隔に配設されて構成される。正方格子配列では、単位格子が正方形になるように、直交する２方向に等間隔に回折部材となるドットが配設されて構成される。三角格子配列では、単位格子が正三角形になるように、互いに６０度の方向をなす２方向に等間隔に回折部材となるドットが配設されて構成される。このようなドット部分を、透過部Ｒ１若しくは非透過部Ｒ２で構成すれば良い。

本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更及び/又は改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。従って、当業者が実施する変更形態又は改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態又は当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。

実施形態におけるＸ線撮像装置の構成を示す説明図である。 実施形態におけるＸ線用透過型回折格子の構成を示す部分斜視図である。 実施形態におけるＸ線用透過型回折格子の第１の製造方法を説明するための図である。 実施形態におけるＸ線用透過型回折格子の第２の製造方法を説明するための図である。 実施形態におけるＸ線用透過型回折格子の他の構成を示す部分斜視図である。 実施形態における他の構成のＸ線用透過型回折格子における製造方法を説明するための図である。 特許文献２に記載のＸ線撮像装置の概略的な構成を示す説明図である。 背景技術に係るＸ線撮像装置における第２回折格子とモアレ像とを説明するための上面図である。 （ａ）は、入射Ｘ線の入射光軸と非透過部Ｒ２における反射面の法線方向とのなす角を、入射Ｘ線の照射面内で場所により異ならせる場合の説明図であり、（ｂ）は、（ａ）図の円で囲んだ部分の拡大図である。

符号の説明

１、１０００ Ｘ線撮像装置
１０ Ｘ線撮像部
１１、３１、１００３ 第２回折格子
１１ａ、３１ａ 基板
１１ｂ、３１ｂ 反射膜
１２、１００２ 第１回折格子
１３、１００１ Ｘ線源
Ｒ１ 透過部
Ｒ２ 非透過部

Claims (11)

1. 一方向に線状に延びるＸ線を透過する複数の透過部と一方向に線状に延びるＸ線を透過しない複数の非透過部とが交互に平行に配設された格子を備え、
   前記非透過部は、入射Ｘ線が前記格子によって回折される方向とは異なる方向に前記入射Ｘ線の進行方向を変化させること
   を特徴とするＸ線用透過型回折格子。
2. 前記非透過部は、Ｘ線を反射する複数の層から成る反射膜であること
   を特徴とする請求項１に記載のＸ線用透過型回折格子。
3. 前記入射Ｘ線の入射光軸と前記非透過部における反射面の法線方向とのなす角が０度を除く角度であること
   を特徴とする請求項２に記載のＸ線用透過型回折格子。
4. 前記入射Ｘ線の入射光軸と前記非透過部における反射面の法線方向とのなす角が０度より大きく４５度以下であること
   を特徴とする請求項３に記載のＸ線用透過型回折格子。
5. 前記入射Ｘ線の入射光軸と前記非透過部における反射面の法線方向との前記なす角が、前記入射Ｘ線の照射面内で、場所により異なること
   を特徴とする請求項３又は４に記載のＸ線用透過型回折格子。
6. 前記なす角が、Ｘ線の入射光軸を中心に対称とされていること
   を特徴とする請求項５に記載のＸ線用透過型回折格子。
7. 前記格子は、一次元周期であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のＸ線用透過型回折格子。
8. 前記格子は、二次元周期であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のＸ線用透過型回折格子。
9. 前記二次元周期の周期構造が、正方格子配列又は三角格子配列であることを特徴とする請求項８に記載のＸ線用透過型回折格子。
10. 請求項１ないし請求項９の何れか１項に記載のＸ線用透過型回折格子を含むことを特徴とするＸ線タルボ干渉計。
11. Ｘ線を放射するＸ線源と、前記Ｘ線が入射されるＸ線干渉計と、前記Ｘ線干渉計から射出されるＸ線を撮像する撮像部とを備え、
    前記Ｘ線干渉計は、請求項１０に記載のＸ線タルボ干渉計であること
    を特徴とするＸ線撮像装置。

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