JP2010249533A - タルボ・ロー干渉計用の線源格子 - Google Patents

Abstract

【課題】 位相コントラストイメージングに用いるタルボ・ロー干渉の条件を満たし、高い透過率により十分な線量を得ることが可能なＸ線用線源格子の提供を目的とする。
【解決手段】 本発明によれば、大焦点のＸ線源と組み合わせることで、線量の大きなＸ線を容易に発生し、マイクロメートルスケールの焦点サイズを有するＸ線源と同等の空間的可干渉性を備える線源格子を提供することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、Ｘ線を用いた位相コントラストイメージング、とりわけタルボ・ロー干渉計に好適に用いられる線源格子に関するものである。

医療分野等では、低被爆化と高コントラスト画像化とを両立させることができるという利点から、被検体を透過したＸ線の位相変化を利用して像形成する位相コントラストイメージングの研究が行なわれている。

特許文献１では、Ｘ線源と被検体との間に線源格子を配置し、通常の焦点サイズの大きなＸ線源を用いてタルボ干渉を観察するようにしたタルボ・ロー干渉計（Ｔａｌｂｏｔ−Ｌａｕ−ｔｙｐｅ ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ）が提案されている。ここで線源格子とは、Ｘ線を透過させる領域と遮蔽する領域とが一方向、若しくは二方向に周期的に配置された構造を持つ格子である。以上のような、タルボ・ロー干渉計によれば、通常のＸ線源を用いて、タルボ干渉を観察することができるとされている。

国際公開２００７／３２０９４号公報

タルボ・ロー干渉計には空間的可干渉性の高いＸ線源が必要となる。Ｘ線源のサイズｓが小さいほど空間的可干渉性が高くなるため、従来のタルボ・ロー干渉計は、開口幅の小さい線源格子をＸ線源の直後に配置することで、空間的可干渉性の条件を満足していた。しかし従来の線源格子は、その開口幅が小さいがゆえに、線源格子に照射されるＸ線の大部分を遮蔽してしまう。そのため、医療用などの高エネルギーＸ線、すなわち、波長λが小さいＸ線を用いて空間的可干渉性を満たしながら高コントラストでの撮像を実現するためには、特許文献１の線源格子では線量が必ずしも十分ではない。

本発明は、上記課題に鑑み、位相コントラストイメージングに用いるタルボ・ロー干渉法の条件を満たし、高いＸ線透過率により十分な線量を得ることが可能なタルボ・ロー干渉計用の線源格子を提供することを目的とする。

本発明のタルボ・ロー干渉計用の線源格子は、Ｘ線が照射される側に入射口を、前記Ｘ線が照射される側とは反対側に前記入射口より開口面積の小さい出射口を備えるチャネルの複数からなるチャネル群を有し、前記チャネル群の隣り合うチャネルの出射口から出射されたＸ線の形成するタルボ自己像の干渉縞が互いに重なるように、前記各チャネルの出射口が配列されていることを特徴とする。

本発明のタルボ・ロー干渉計用の線源格子は高いＸ線透過率により十分な線量を得ることが可能なので、波長λが小さいＸ線を用いて空間的可干渉性を満たしながら高コントラストでの撮像を実現することができる。

本発明の実施例１に係る線源格子を含むタルボ・ロー干渉計の構成例を説明するための図。 本発明の実施例１に係る線源格子の模式的な断面図。 本発明の実施例１に係る線源格子の模式的な透視図、及び模式的な正視図。 本発明の実施例１に係る線源格子の出射口から出射したＸ線が形成するタルボ自己像の模式図。 本発明の実施例１の第１変形例に係る線源格子の模式的な正視図。 本発明の実施例１の第２変形例に係る線源格子の模式的な正視図。 本発明の実施例２に係る線源格子において、異なる開口面積の入射口が配列された実施形態を示す図。 本発明の実施例３及び実施例３の変形例に係る線源格子における、チャネルの内壁構造の例を示すための導管の模式的断面図。 本発明の実施例３の変形例におけるチャネルの断面形状とＸ線の光線路を示す図。 本発明の実施例４に係る線源格子の模式的な断面図。 本発明の実施例５に係る線源格子の模式的な断面図。 本発明の一実施形態における一方のチャネル軸と他方のチャネル軸が平行でない導管の断面図。 本発明に係る１次元線源格子の作製例を説明するための図。 本発明に係る２次元線源格子の作製例を説明するための図。

（実施例１）
図１乃至図３を用いて本発明に係るタルボ・ロー干渉計用の線源格子の一実施形態について説明する。

図１はタルボ・ロー干渉計の構成例を示している。図１において、１は線源格子、２はＸ線源、２４は被検体、２１は位相格子、２２は吸収格子、２３はＸ線検出器である。

図１に示されるように、線源格子１はＸ線源２のＸ線出射側に配置される。詳細な構造については後述するが、線源格子１はＸ線を透過させるための開口部分を有している。Ｘ線源２から照射されるＸ線の一部は、線源格子１の開口部分を通過して被検体２４又は位相格子２１に照射される。

線源格子１からＸ線源２とは反対側に距離Ｌだけ離れて位相格子２１が配置される。本実施例において、位相格子２１は厚さの異なる二つの領域が交互に並んだ１次元若しくは２次元回折格子である。厚さの異なる二つの領域を透過したそれぞれのＸ線は、位相格子を構成する物質内の通過距離が異なるために、互いに位相がπまたはπ／２だけずれて出射される。

線源格子１の開口部分から出射されたＸ線１２は、その空間可干渉性が十分に高ければ、位相格子２１によって干渉する。そして、位相格子２１から特定の距離において位相格子２１の形状を反映した干渉縞が出現する。この干渉縞はタルボ自己像と呼ばれ、位相格子２１から（Ｐ１×Ｐ１／（２λ））×ｎまたは（Ｐ１×Ｐ１／（８λ））×ｎの位置に出現する。位相格子２１からタルボ自己像が出現する位置までの距離をタルボ距離ｚｔと言う。ここで、ｎは整数である。

タルボ自己像の干渉縞の周期Ｐｓは、位相格子２１のピッチＰ１に応じて決まる。干渉縞の周期Ｐｓは、位相格子２１を透過するＸ線が平行Ｘ線の場合は式（１）、球面波Ｘ線の場合は式（２）でそれぞれ表される。なお、ｄは位相格子２１とＸ線検出器２３との距離である。

タルボ・ロー干渉計を用いた位相コントラストイメージの撮像において、被検体２４はＸ線源２と位相格子２１との間に配置される。位相格子２１の前、即ちＸ線源側に被検体２４が配置されると、線源格子１から出射されたＸ線１２は被検体２４により屈折する。したがって、線源格子１から出射されたＸ線１２が形成するタルボ自己像には、被検体２４によるＸ線１２の位相変化微分情報が含まれる。

Ｘ線検出器２３は、位相格子２１とＸ線検出器２３との距離ｄがタルボ距離ｚｔと等しくなるように配置される。このようにＸ線検出器２３を配置して、タルボ自己像を検出すれば、被検体２４の位相像を得ることができる。

十分なコントラストでタルボ自己像を検出するためには、空間分解能の高いＸ線画像Ｘ線検出器が必要となる。そこで、低い空間分解能のＸ線検出器２３でもタルボ自己像を検出できるように、吸収格子２２が用いられる。吸収格子２２は、Ｘ線１２を十分に吸収する吸収部とＸ線を透過させる透過部とが相互に周期的に並んでいる１次元若しくは２次元回折格子である。吸収格子２２のピッチＰ２は、タルボ自己像の干渉縞の周期Ｐｓとほぼ等しい。吸収格子２２をＸ線検出器２３の直前に配置することで、位相格子２１を透過したＸ線１２が形成するタルボ自己像はモアレ縞として検出される。位相変化の情報はモアレ縞の変形として検出することができる。

以上のように、位相格子２１と吸収格子２２との距離ｄをタルボ距離ｚｔと同じにし、Ｘ線検出器２３と吸収格子２２を密着させ、モアレ縞の変化をＸ線検出器２３で検出すれば、被検体２４の位相コントラストイメージを撮像することができる。

図２は本実施形態の線源格子１の構成を説明するための模式的な断面図である。本実施形態において、線源格子１は導管３と遮蔽グリッド３１とＸ線フィルタ３２とを有している。なお、遮蔽グリッド３１とＸ線フィルタ３２とは任意に付加される構成である。

図３（ａ）は導管３の構成例を説明するための模式的な透視図である。図３（ａ）において、導管３の面ＡＢＣＤはＸ線源２からのＸ線１１が照射される側に相当し、Ｘ線が照射される側とは反対側の面ＥＦＧＨは被検体側に相当する。図３（ｂ）は面ＡＢＣＤの正視図を、図３（ｃ）は面ＥＦＧＨの正視図をそれぞれ示している。

導管３には、一方の面から他方の面へ貫通する中空のチャネルが複数形成されている。図１に示されたチャネル４ａ、４ｂは、Ｘ線源２からのＸ線１１が照射される側、即ち面ＡＢＣＤ（図３（ｂ））にそれぞれ入射口５ａ、５ｂを有し、Ｘ線１２が照射される側とは反対側即ち面ＥＦＣＤ（図３（ｃ））にそれぞれ出射口６ａ、６ｂを有する。各チャネルの入射口の開口面積は出射口の開口面積より大きくなっている。本実施例において各チャネル４は円錐台形状をしている。図示したように、線源格子１はチャネル４ａ、４ｂを含み、このチャネル４ａ、４ｂとほぼ同じ形状の複数のチャネルからなるチャネル群を有している。

各チャネルの出射口６はタルボ・ロー干渉計の条件を満足するように配置されている。すなわち、チャネル４ａの出射口６ａから出射したＸ線１２ａが形成するタルボ自己像の干渉縞と、チャネル４ｂの出射口６ｂから出射したＸ線１２ｂが形成するタルボ自己像の干渉縞とが、重なるように二つのチャネルの出射口６ａ、６ｂは配置されている。

出射口６ａ、６ｂから出射したＸ線１２ａ、１２ｂがそれぞれ形成するタルボ自己像が重なることについて、図４を用いて説明する。図４は、線源格子の出射口６ａ、６ｂ、タルボ・ロー干渉計の位相格子２１、位相格子によって干渉したＸ線が形成するタルボ自己像１５ａ、１５ｂが模式的に示されている。図４に示されるタルボ自己像１５ａは、ピッチＰｓで配列した６本の縞から形成されている。同様にタルボ自己像１５ｂが示されている。図４では、便宜的に二つのタルボ自己像が離れて表現されているが、実際は位相格子２１から同一距離の平面上に形成される。

図４（ａ）は、出射口６ａ、６ｂから出射したＸ線１２ａ、１２ｂがそれぞれ形成するタルボ自己像１５ａ、１５ｂが重なっている状態を示す模式図である。出射口６ａから出射したＸ線によって、タルボ自己像１５ａが形成されている。また、出射口６ｂから出射したＸ線によって、タルボ自己像１５ｂが形成されている。図４（ａ）では、二つのタルボ自己像１５ａ、１５ｂの干渉縞が互いに重なっている。タルボ自己像の干渉縞の一つ一つが完全に重なっていなくても、図示されているように、大部分が重なっていればタルボ・ロー干渉計による位相コントラストイメージングは可能である。

一方、図４（ｂ）には、出射口６ａ、６ｂから出射したＸ線１２ａ、１２ｂがそれぞれ形成するタルボ自己像が重なっていない状態が示されている。図４（ｂ）では、タルボ自己像１５ａの干渉縞とタルボ自己像１５ｂの干渉縞がちょうど互い違いに形成されている。そのため二つのタルボ自己像１５ａ、１５ｂの干渉縞は重なっていない。

いずれのチャネルについても、上述のように、隣り合うチャネルの出射口から出射されたＸ線の形成するタルボ自己像の干渉縞が互いに重なるように、各チャネルの出射口は配列されている。

上述のタルボ自己像が重なるという条件を満足させるためには、各チャネルの出射口６が、図１に示されるようなタルボ・ロー干渉計の構成例において、下記の式（３）を満足するようなピッチＰｏで配置されることが望ましい。ここで、ｎは自然数、Ｐｓはタルボ自己像における干渉縞の周期、Ｌは線源格子１と位相格子２１との距離、ｄは位相格子２１と吸収格子２２との距離を表している。なお、式（１）を厳密に満足するピッチでなくても、実質的にタルボ自己像の干渉縞が重なるようなピッチであればよい。

なお、出射口６が配列する方向は、位相格子２１の格子周期の方向と同じであることが望ましい。

図３（ｂ）は本実施形態の線源格子１のＸ線が入射される側の面ＡＢＣＤを示している。図３（ｂ）の面ＡＢＣＤにおいて、チャネル４はピッチＰｉｎで配列している。本発明においては、Ｐｉｎは出射口のピッチＰｏと同じでもよいし、Ｐｏと異なっていてもよい。

なお、図３（ａ）においては、チャネルの数が２５本の実施形態が示されているが、本発明においてチャネルの数はこれに限定されるものではなく、複数であればよい。また、図３（ｂ）及び（ｃ）において、出射口は正方格子状に配列されているが、本発明はこのような配列に限定されることはない。前述の通り、本発明に係るタルボ・ロー干渉計用の線源格子においては、前述のタルボ自己像の干渉縞が重なるように各出射口が配置されていればよい。

続いて本実施例の構成による作用について図２を使って説明する。チャネル４の内面は、Ｘ線が全反射可能な平坦度を有している。Ｘ線源２からのＸ線１１は、面ＡＢＣＤにある入射口５からチャネル４に入射し、その一部は一度もチャネル内面で全反射せずに出射口６から出射する。また、入射口５からチャネル４に入射したＸ線の別の一部は、チャネル４の内面で１回または複数回全反射し、導管３の面ＥＦＧＨにある出射口６へと導かれ出射する。このため、入射口５を通過するＸ線の単位面積辺りの線量より、出射口６を通過するＸ線の単位面積辺りの線量のほうが高くなる。すなわち、入射口５の開口面積が出射口６の開口面積よりも大きいため、チャネル４は入射したＸ線を出射口へと収束させる作用を有する。

図３（ｃ）には、面ＥＦＧＨにおけるＸ線の強度分布が示してある。４１はＸ線強度の弱い領域を示し、４２はＸ線強度の強い領域を示している。前述のチャネル４による収束効果によって、出射口の付近での単位面積当りのＸ線線量は入射前の単位面積辺りのＸ線量にくらべて増加する。逆に出射口以外の領域では単位面積辺りのＸ線線量は低下する。そのため、面ＥＦＧＨにおいては、Ｘ線強度の弱い領域４１内にＸ線強度の強い領域４２がドット状で分布する。Ｘ線強度の強い領域４２は、チャネル群の出射口と同じピッチＰｏで配列する。また、Ｘ線強度の強い領域４２はチャネルの出射口６の形状を反映した形になる。

以上に述べたように、本実施形態の線源格子１に照射されたＸ線１１は開口面積の大きな入射口５からチャネル４に入射し、マイクロオーダーサイズの出射口に収束される。したがって、本実施形態の線源格子１に照射されたＸ線１１は、高い透過率で線源格子１を透過することができる。

焦点サイズが大きく高輝度のＸ線源と組み合わせることで、線量の大きなＸ線を容易に発生し、マイクロメートルスケールの焦点サイズのＸ線と同等の空間可干渉性を持つ線源を提供できる。これによって、コントラストの良い位相コントラストイメージングが可能となる。

（実施例１の第１変形例）
面ＡＢＣＤでのチャネル６の入射口の形状は円形に限られることはない。また、出射口の形状についても、任意の形状でよい。例えば図５に示される入射口の形状は正方形である。円をある平面に敷き詰めようとすると、円と円との間に空隙が生じてしまう。対して正方形であれば、ほぼ隙間なく平面を埋めることができる。したがって、入射口の形状が正方形の場合、入射口の形状が円形である場合に比べて、面ＡＢＣＤ断面積に対する入射口総開口面積の比率を大きくすることができる。

線源がある側での入射口総開口面積の比率を高くすると、より多くの入射Ｘ線を出射口に収束させることができる。そのため、より透過率を向上させることができる。

（実施例１の第２変形例）
前述までの実施の形態では、導管３に含まれるチャネル４の配列は、図３または図５に示されるように２次元的にチャネルが配列されている。本発明の線源格子においては、図６に示すように１次元にチャネルが配列されていてよい。図６に示された１次元線源格子では、チャネル群はチャネル４の断面の短軸方向にピッチＰｏの周期を有している。

図１に示されるタルボ・ロー干渉計の一構成例において、位相格子２１が１次元格子であれば１次元の線源格子を用い、位相格子２１が２次元格子であれば２次元の線源格子を用いればよい。

（実施例２）
本発明に係るタルボ・ロー干渉計用の線源格子には、他のチャネルとは入射口の開口面積が異なるチャネルが含まれていても良い。図７を用いて、本発明のタルボ・ロー干渉計用の線源格子の別の実施形態を示す。

本実施形態に係るタルボ・ロー干渉計用の線源格子１におけるチャネル群は、第１のチャネルと、第１のチャネルの入射口よりも開口面積が大きい第２の入射口を有する第２のチャネルとを含み、第２のチャネルが第１のチャネルより前記Ｘ線の照射される側の中心から遠い位置に配置される構成となっている。

図７（ａ）は本実施例における導管３の模式的な断面図、図７（ｂ）は本実施例の線源格子１のＸ線が入射される側の面ＡＢＣＤの正視図を示している。図７（ｂ）の８１はＸ線が入射される側の中心を示している。面ＡＢＣＤにおいて、入射口５ｃよりも開口面積が大きい入射口５ｆは、入射口５ｃと比べて中心８１から遠い位置に配置されている。

図７（ｂ）に示した通り、面ＡＢＣＤ上にある入射口群には入射口５ｄと入射口５ｅのように同じ面積の入射口が含まれていても良い。あるいは、面ＡＢＣＤ上にある入射口群は、任意の隣り合う２つの入射口において、中心からの距離が遠い一方の入射口の開口面積が他方の入射口の開口面積よりも大きいという関係を満たすように配列されていてもよい。

図７（ｂ）では１次元線源格子が示されているが、２次元線源格子の場合の入射口の配置を図７（ｃ）、（ｄ）に示す。図７（ｃ）、（ｄ）は２次元線源格子のＸ線が入射される側の面ＡＢＣＤを示している。図７（ｃ）の８２はＸ線が入射される側の中心を示している。図７（ｃ）では、中心８２を通る直線８３において、入射口５ｇよりも開口面積の大きい入射口５ｈは入射口５ｇと比べて中心８２から遠い位置に配置されている。

直線８３上にある入射口群には開口面積が等しい複数の入射口が含まれていても良い。あるいは直線８３上にある入射口群は、任意の隣り合う２つの入射口において、中心からの距離が遠い一方の入射口の開口面積が他方の入射口の開口面積よりも大きいという関係を満たすように配列されても良い。

直線８３は面ＡＢＣＤの縦軸又は横軸と平行な直線あるいは面ＡＢＣＤの対角線と平行な直線であっても良い。また、例えば図７（ｄ）に示されるように、ある一つの軸についてだけ、前述の入射口の位置と開口面積の関係が成り立っているような配列としてもよい。

また、図７（ｃ）では同じ開口面積を有する入射口群は方陣状に配置されているが、同じ開口面積を有する入射口群は多角形状あるいは円形状等に配列されても良い。

実施例２に係るタルボ・ロー干渉計用の線源格子によれば、より外側にある出射口から出射されるＸ線の線量を多くすることができる。これによって、得られるコントラストイメージの周辺部におけるコントラストを向上させることができる。

実施例２のような実施形態に対して、図１又は図２に示されているように、全てのチャネルの入射口の面積が等しく、かつ全ての出射口の面積が等しい実施形態としてもよい。この場合、各チャネルから出射されるＸ線の線量がほぼ均一になる。

（実施例３）
本発明においては、上述の通りチャネル４の入射口の開口面積と出射口の開口面積とは異なる。そのため、面ＡＢＣＤと面ＥＦＧＨの間にあって、面ＡＢＣＤか面ＥＦＧＨの少なくともいずれかに平行な導管３の断面におけるチャネル４の断面積は、該断面の位置により異なる。

図８（ａ）に、チャネル４の入射口の中心５１と出射口の中心５２とを通るチャネル軸５３を含む導管３の模式的な断面図を示す。チャネル４は、チャネル軸５３上のある点からチャネル６内面までの、チャネル軸５３に垂直な断面における最短距離５４が、チャネル軸５３上の位置に依存して異なる部分を含んでいる。

実施例１及び実施例１の変形例並びに実施例２では、最短距離５４が入射口からの距離に比例して減少する形状が示されているが、本発明においてはこのような形状に限定されることはない。例えば入射口の中心５１から出射口の中心５２に近づくに従って、最短距離５４が連続的に単調減少していている形状でもよい。その場合、図１に示すように、入射口の中心５１からの距離に比例して小さくなってもよいし、図８（ａ）に示すように、出射口の中心５１との距離の累乗に応じて小さくなってもよい。図示はしていないが、チャネル軸５３からチャネル内面までの最短距離５４が、入射口の中心５１からの距離によらず一定である部分がチャネル４に含まれていてもよい。

チャネル軸５３上のある点からチャネル内面までの最短距離５４がチャネル軸５３上の位置に依存して変化することは、すなわち、チャネル４の内面のチャネル軸５３に対する角度や面の曲率を変更することを意味する。該角度や該曲率を変更することで、チャネル４の出射口から出射されるＸ線１２の焦点距離を任意に調整することが可能であるし、該Ｘ線１２の発散角を制御することも可能である。

したがって、実施例３に係るタルボ・ロー干渉計用の線源格子の効果として、高いＸ線透過率を有し、より広い視野角の線源格子を提供することが可能となる。

（実施例３の変形例）
図８（ｂ）にはまた別のチャネル形状の断面が例示してある。チャネル軸５３上に基点５５が定められている。入射口の中心５１から基点５５までの間では、入射口の中心５１からの距離が大きくなるのに伴い、チャネル軸上の点とチャネル内面までの最短距離５４が大きくなっている。基点５５と出射口の中心５２との間では、入射口の中心５１からの距離が大きくなるのに伴い、チャネル軸上の点とチャネル内面までの最短距離５４が小さくなっている。すなわち、チャネル軸５３に垂直な断面における、チャネル軸上の点とチャネル内面との内面距離５４は、チャネル軸上の点の入射口の中心５１からの距離が大きくなるのに伴い、増加した後に減少している。図８では、基点５５を境にして最短距離５４が増加から減少に転じているが、その間に最短距離５４が一定である部分を有していてもよい。

図９にはチャネル４の断面と、このチャネルに入射するＸ線の光線路が示されている。入射口の直後の断面が平行に近い場合に比べて、領域６１があるために入射口がすぼんだ形状になっている。図９では便宜上、領域６１と導管３のその他の領域を違う模様で表現しているが、これらの領域は一体に形成されていてもよい。

入射口の直後の断面が平行だった場合には全反射せずに導管３内部に進入してしまうような角度で入射してくるＸ線（実線６２）は、領域６１によって全反射するため、出射口に導かれる。一方で、領域６１がなければチャネルに入射するような角度で入射してくるＸ線（破線６３）は、領域６１を透過することで、チャネルに入射し、やはり出射口へと導かれる。

このようにして、図８及び図９に示されているような入射口がすぼんだ形のチャネル形状は、入射口でのＸ線の取り込み角が大きくなる。したがって実施例３の変形例に係るタルボ・ロー線源格子によれば、チャネル４による収束効果がさらに高まり、より高いＸ線透過率を得ることができる。

（実施例４）
図１０に本発明に係る線源格子のまた別の実施形態を示す。本発明に係る線源格子は、Ｘ線が照射される側とは反対側、即ち図２（ａ）の面ＥＦＧＨにＸ線を吸収する遮蔽グリッド３１が設けられていてもよい。この遮蔽グリッド３１は線源格子１における面ＥＦＧＨの出射口５以外の領域全面に設けられていてもよい。あるいは出射口の周辺のみなど、一部の領域のみに設けられていてもよい。

図１０において、導管３と遮蔽グリッド３１の構成による作用を説明する。Ｘ線源２から線源格子１に照射されたＸ線１１の一部は、チャネル内面での全反射の条件を満たさず導管３内部に入射する。導管３内部に入射したＸ線１３は、導管３を透過して面ＥＦＧＨの出射口以外の領域から出射する。このようなＸ線１３は、図２（ｃ）に示されているような、面ＥＦＧＨでのＸ線強度の強い領域４２と弱い領域４１との強度比を小さくする。遮蔽グリッド３１は、出射口を除く領域、すなわちＸ線強度の弱い領域４１を被う形状であるため、導管３内部に入射したＸ線１３の強度を低減する。これにより、面ＥＦＧＨでのＸ線強度比を大きくすることができる。

出射口以外の部分から出射するＸ線はノイズとして検出されるので、実施例４に係るタルボ・ロー干渉計用の線源格子によれば、Ｘ線を吸収する遮蔽グリッド３１によってＳＮ比を向上させることができる。

また、前述の実施例３のような形態においては、領域６１を透過するＸ線がなるべく減衰しないように、Ｘ線を透過させやすい材料で導管３が形成されていることが望ましい。しかし、導管３の材料がＸ線を容易に透過させてしまうと、前述の出射口以外の領域から出射されるＸ線の線量が増加することになる。したがって、遮蔽グリッド３１を併せて設けることで、より高いＳＮ比を維持しつつ入射口でのＸ線の取り込み角を大きくすることができる。

（実施例５）
図１１に本発明に係るさらに別の実施形態を示す。チャネル４の内面は、図１１に示す構成のように、導管３を構成している材料とは異なる材料で被覆されていてもよい。

チャネル４の内面でＸ線が全反射可能な角度、いわゆる臨界角θｃ（ｒａｄ）は、Ｘ線のエネルギーＥ（ｋｅＶ）と該内面を形成する物質の密度ρ（ｇ／ｃｍ３）に依存し、一般に、θｃ＝０．０２×√ρ÷Ｅで表される。例えば、２０ｋｅＶのＸ線がほう珪酸ガラスに入射した場合には、θｃ＝１．４８ｍｒａｄとなる。

この関係式は、Ｘ線のエネルギーＥが大きい場合には、臨界角θｃが小さくなることを意味している。臨界角θｃが小さくなると、チャネル４に入射したＸ線１１のうち、チャネル６内面で反射せずに導管３に進入するＸ線１３の割合が増加する。そこで、導管３の構造材料よりも密度ρの高い材料でチャネル内面を被覆することで、臨界角θｃを大きくし、チャネル４内面で全反射するＸ線の割合を増やすことができる。

実施例５に係るタルボ・ロー干渉計用の線源格子によれば、チャネルによるＸ線の収束効果が高まるので、導管３の面ＥＦＧＨでのＸ線強度の強い領域と弱い領域との強度比を大きくすることができる。また、出射口以外の領域から出射されるＸ線の割合が減少するので、よりＳＮ比を向上させることができる。

これまでの実施の形態では、入射口の中心と出射口の中心を通るチャネル軸が、全てのチャネルで平行である線源格子について述べてきた。しかしながら、本発明において、このチャネル軸は全てのチャネルで平行であることに限定されることはなく、一部のチャネル軸が非平行であってもよい。

図１２に、チャネル４の一方のチャネル軸５３と他方のチャネル軸６３との関係を示す。図１２において、一方のチャネル４の入射口の中心５１と出射口の中心５２とを通るチャネル軸５３と他方のチャネル４の入射口の中心６１と出射口の中心６２とを通るチャネル軸６３とは非平行である。

広い領域の被検体２４にＸ線を照射する場合、図１２に示す構成のように、導管３の中心に近い一方のチャネル軸５３を基準に他方のチャネル軸６３が被検体２４に向かって広がる構造とすることで、一方のチャネル軸５３と他方のチャネル軸６３が平行である構造に比べて、より広範囲にＸ線を照射することができる。

本発明に係るタルボ・ロー干渉計用の線源格子においては、導管３のチャネル４の入射口若しくは出射口を有する端面、例えば図１に示すように面ＥＦＧＨには、任意のエネルギー以下のＸ線強度を弱めるフィルタ３２を有してもよい。タルボ・ロー干渉には、すべてのエネルギーのＸ線が寄与するわけではない。フィルタ３２により干渉に寄与しないＸ線を除去することで、Ｘ線検出器でのＳＮ比を大きくすることができる。

なお、導管３の面ＥＦＧＨには、遮蔽グリッド３１とフィルタ３２はどちらか一方を有してもよいし、両方を有してもよい。両方を有する場合、遮蔽グリッド３１とフィルタ３２の位置関係は、面ＥＦＧＨに遮蔽グリッド３１が接してもよいし、フィルタ３２が接してもよい。

（作製例１）
続いて、本発明に係るタルボ・ロー干渉計用の１次元線源格子の作製例について説明する。

図１３に導管３の作製プロセスの一例を説明する図を示す。４インチ径の両面研磨２５０μｍ厚のシリコンウェハ１０１の片側表面に、例えばクロムなどのハードマスク層１０２を２００ｎｍ厚で蒸着法により形成する（ｂ）。ハードマスク層１０２の作製には、蒸着法以外に、スパッタ法などの物理気相成長法を用いてもよい。

ハードマスク層１０２上にフォトレジスト層を作製した後、フォトリソグラフィ法により、６０ｍｍ角の領域に図１１の導管３に示されるレジストパターン１０３を作製する（ｃ）。本作製例において、レジストパターン１０３は、底辺の長さが９０μｍ、高さが６０ｍｍを有する複数の二等辺三角形をピッチ１２０μｍで底辺と底辺と対向する頂点がそれぞれ一直線となるよう配列されたパターンである。

次に、反応性イオンエッチング法により、レジストパターン１０３をハードマスク層１０２に転写する（ｄ）。転写後、レジストパターン１０３は取り除いてもよいし、そのままでもよい。

続いて、反応性イオンエッチングと側壁保護膜形成を交互に行う、いわゆるボッシュプロセスを用い、パターンが転写されたハードマスク層１０２に従ってシリコンウェハ１０１を１００μｍの深さまでエッチングする（ｅ）。シリコンウェハ１０１上に形成された溝の側壁に凹凸が生じる場合には、シリコンのウェット熱酸化と酸化膜の除去プロセスを複数回繰り返し、該側壁表面の凹凸を軽減してもよい。エッチングにはボッシュプロセスのような異方性ドライエッチングを用いてもよいし、例えば水酸化カリウム水溶液を用いる異方性ウェットエッチングを用いてもよい。また、例えばフッ素系のプラズマを用いるような等方性ドライエッチングや例えばフッ酸と硝酸の混合水溶液を用いるような等方性ウェットエッチングを用いてもよい（ｅ’）。等方性エッチングでシリコンウェハ１０１をエッチングする場合は、ハードマスク層１０２の下にもアンダーエッチングが進むため、予めアンダーエッチング量を見積もり、レジストパターン４４を調整することが望ましい。

エッチング後、ハードマスク層１０２を除去し、シリコンウェハ１０１からパターンが作製された６０ｍｍ角の領域を、ダインシングソーなどを用いて分離する。

同様のパターンが作製された６０ｍｍ角のシリコンウェハ１０１をもう一枚作製する。赤外線カメラやＸ線カメラ搭載の位置あわせ装置を用いて、２枚のシリコンウェハ１０１を、溝が作製された面１０４同士を向かい合わせ、溝の位置が一致するように調整をした後、陽極接合によりシリコンウェハ１０１同士を接合し、チャネル４を有する導管３が得られる（ｆ）。

次に、無電界メッキによりシード層を形成後、電界メッキにより、チャネル４内面に内面被覆材料３３として金属層１０５、たとえば金を５００ｎｍ形成する（ｇ）。チャネル４内面に金が析出する際に、導管３の端面にも同様に金が析出するが、端面の金属層１０５は遮蔽グリッド３１として機能する。金属層１０５の作製は、シリコンウェハ１０１の接合前に行ってもよい。ハードマスク除去の済んだシリコンウェハ１０１上に、例えば蒸着法により金を５００ｎｍ厚で作製する（ｆ’）。この際、シリコンウェハ１０１表面に位置合わせ用として金のない領域を作製してもよい。金を作製した２枚のシリコンウェハ１０１をチャネル同士が向かい合うよう位置調整を行い、金−金接合により接合する。これにより、入射口が２００μｍ×１２０μｍ、出射口が２００μｍ×２９μｍのチャネル４を５００本含む導管３を得る。

最後に、フィルタ３２として、例えばモリブデン箔１００μｍ厚をエポキシ樹脂で導管３の出射端面に接着し、１次元線源格子を得る。

図３に示すように、このようにして作製されたタルボ・ロー干渉計用の１次元線源格子１をＸ線源２の直後に配置する。Ｘ線用位相格子２１は、シリコンウェハに凸部分の線幅１．９６８μｍ、凹部分の線幅１．９６８μｍで、凹部分の深さが２３μｍのスリット構造で作製したものを用いる。吸収格子２２は、シリコンウェハに凸部分の線幅１μｍ、凹部分の間隙１μｍで、凹部分の深さが２０μｍのスリット構造を作製したものに、さらに間隙部分を金メッキにより金を充填したものを用いる。位相格子２１と吸収格子２２は、格子周期方向を一致させて、距離ｄはタルボ距離ｚｔと一致するよう配置する。被検体２４は位相格子２１の前に配置し、Ｘ線検出器２３は吸収格子２２の直後に接するように配置する。Ｘ線のエネルギー１７．７ｋｅＶ（０．７オングストローム）で撮像を行う場合、タルボ距離ｚｔは第１タルボ条件（ｎ＝１）を用いて２８ｍｍとなる。また、式（３）で表されるタルボ・ロー条件から、線源格子１と位相格子２１の距離Ｌは１６８４ｍｍが必要である。

１次元回折格子を用いる場合は、振幅格子３６のピッチの１／５ずつ回折格子の周期方向にずらして、５回撮像を行う。これより得られる微分位相像を回折格子の周期方向に積分することで、位相回復像に変換することができる。

（作製例２）
次に、本発明に係るタルボ・ロー干渉計用の２次元線源格子の作製例について説明する。

本作製例においては、作製例１と同様の手順で４インチ径の両面研磨２５０μｍ厚のシリコンウェハ１０１にチャネル４を作製する。但し、チャネル４となる溝は、シリコンウェハ１０１の両面に作製する。また、レジストパターン１０２は、上底の長さが１１０μｍ、下底の長さが１１９μｍ、高さが６０ｍｍを有する複数の台形をピッチ１２０μｍで上底と下底がそれぞれ一直線となるよう配列する。

シリコンウェハ１０１の両面にパターン化されたハードマスク層１０２を作製した後、異方性エッチングによりハードマスク層１０２の開口幅と等しい深さまでシリコンウェハ１０１をエッチングする。異方性エッチング及び等方性エッチングは、ハードマスク層１０１の開口幅に応じてエッチング速度が変化する。エッチングに寄与するイオンの密度や温度などの条件が同じ場合、開口幅が広いとエッチング速度が速く、開口幅が狭いとエッチング速度が遅くなる。このことを利用して、例えば開口幅が１０μｍでは深さ１０μｍに、開口幅が１μｍでは深さが１μｍになるような条件で、異方性エッチングを行う。その後、等方性エッチングにより、図１４（ｅ’）に示すような半円状の断面の溝を作製する。例えば、開口幅が１０μｍでは深さ６０μｍに、開口幅が１μｍでは深さが１５μｍになるような溝を作製する。

シリコンウェハ１０１の両面に溝を作製した後、ハードマスク層１０２を取り除く。シリコンウェハ１０１を少なくとも２枚作製し、作製例１と同様に接合と金属層１０５の作製、フィルタ３３の作製を行い、２次元線源格子を得る。但し２次元線源格子を作製する場合は、接合において図１４に示すように複数のシリコンウェハ１０１をすべて積層する形で接合する。

１ 線源格子
２ Ｘ線源
３ 導管
４ チャネル
５ 入射口
６ 出射口
１１〜１４ Ｘ線
１５ タルボ自己像
２１ 位相格子
２２ 吸収格子
２３ Ｘ線検出器
２４ 被検体
３１ 遮蔽グリッド
３３ 内面被覆材料
４１ Ｘ線強度の弱い領域
４２ Ｘ線強度の強い領域
５１ 入射口の中心点
５２ 出射口の中心点
５３ 入射口の中心と出射口の中心とを通る軸
５４ 入射口の中心と出射口の中心とを通る軸からチャネル内面までの最短距離
８１ １次元線源格子のＸ線が照射される側の中心
８２ ２次元線源格子のＸ線が照射される側の中心
１０１ 基板
１０２ ハードマスク
１０３ フォトレジスト
１０４ 接合面
１０５ 金属層
Ａ〜Ｈ 導管頂点
ｄ 位相格子と振幅格子との距離
Ｌ 出射口と位相格子との距離
Ｌ’ Ｘ線源と位相格子との距離
Ｐｏ 出射口ピッチ
Ｐｉｎ 入射口ピッチ

Claims (11)

1. Ｘ線が照射される側に入射口を、前記Ｘ線が照射される側とは反対側に前記入射口より開口面積の小さい出射口を備えるチャネルの複数からなるチャネル群を有し、
   前記チャネル群の隣り合うチャネルの出射口から出射されたＸ線の形成するタルボ自己像の干渉縞が互いに重なるように、前記各チャネルの出射口が配列されていること
   を特徴とするタルボ・ロー干渉計用の線源格子。
2. 前記各チャネルの出射口が下記式を満足するピッチＰｏで配列されている請求項１に記載の線源格子：
   Ｐｏ＝ｎ×Ｐｓ×（Ｌ／ｄ）
   ただし、Ｐｏは前記チャネルの出射口のピッチ、
   Ｐｓはタルボ自己像における干渉縞の周期、
   Ｌはタルボ・ロー干渉計の線源格子から位相格子までの距離、
   ｄはタルボ・ロー干渉計の位相格子から吸収格子までの距離、
   ｎは任意の自然数。
3. 前記チャネル群は、第１のチャネルと、前記第１のチャネルの入射口よりも開口面積が大きい入射口を有する第２のチャネルとを含み、
   前記タルボ自己像が互いに重なって形成される像の周辺部における輝度が、全てのチャネルの入射口の開口面積が前記第１のチャネルの入射口の開口面積と等しい場合に比べて高くなるように、前記第２のチャネルが前記第１のチャネルより前記Ｘ線の照射される側の中心から遠い位置に配置されている請求項１又は請求項２に記載の線源格子。
4. 全てのチャネルの入射口の開口面積が等しく、かつ、全てのチャネルの出射口の開口面積が等しい請求項１又は請求項２に記載の線源格子。
5. 前記チャネルが、
   入射口の中心と出射口の中心とを通る軸に垂直な断面における、該軸上の点からチャネル内面までの最短距離が、入射口から該断面までの距離に応じて変化する部分を有する請求項１乃至４のいずれかに記載の線源格子。
6. 前記入射口から前記断面までの距離が大きくなるのに伴い、前記最短距離が増加の後減少する請求項５に記載の線源格子。
7. 前記入射口から前記断面までの距離が大きくなるのに伴い、前記最短距離が単調減少する請求項５に記載の線源格子。
8. 前記Ｘ線が照射される側とは反対側において、前記チャネルの出射口を除く領域に放射線吸収部材を有する請求項１乃至７のいずれかに記載の線源格子。
9. 前記チャネルの内面が、前記チャネルを構成する材料よりも密度の高い材料で被覆されている請求項１乃至８のいずれかに記載の線源格子。
10. 線源から照射されたＸ線の位相を空間的周期的に変調させる位相格子と、
    前記位相格子を通過したＸ線を検出するＸ線検出手段と、
    前記位相格子と前記Ｘ線検出手段との間に配され、Ｘ線を吸収する吸収部とＸ線を透過する透過部とが周期的に配列された吸収格子とを備えたタルボ・ロー干渉計において、
    請求項１乃至９のいずれかに記載の線源格子を前記線源と前記位相格子との間に有することを特徴とするタルボ・ロー干渉計。
11. 請求項１０に記載のタルボ・ロー干渉計を有することを特徴とするコンピュータ断層撮像システム。