JP5138946B2 - Ｘ線機器の焦点−検出器装置 - Google Patents

Description

本発明は、投影または断層撮影による検査対象の位相コントラスト画像を作成するために、ファンビームまたはコーンビーム束を作成するための焦点を有し検査対象の第１側に配置されるＸ線源と、検査対象の反対側の第２側でビーム路中に配置され予め定められたエネルギー範囲内でＸ線の干渉パターンを作成する位相格子と、位相格子によって作成された干渉パターンを少なくともその位相シフト（位相のずれ）に関して位置分解して検出する分析−検出器システムとから構成されるＸ線機器の焦点−検出器装置に関する。

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焦点−検出器装置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ドイツ特許出願番号１０２００６０１７２９０．６、１０２００６０１５３５８．８、１０２００６０１７２９１．４、１０２００６０１５３５６．１、１０２００６０１５３５５．３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主として２つの作用、つまり検査対象を通過したＸ線の吸収および位相シフトである。多くの場合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。基本的に、両方の作用の値はそれぞれＸ線のエネルギーと透過した材料の核電荷数とに強く依存する。

このような位相コントラストラジオグラフィ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Ｘ線の位相シフトが評価される。その際、Ｘ線ラジオグラフィもしくはＸ線断層撮影法と同様に、位相シフトの投影画像も、位相シフトの断層の多数の投影画像も計算することができる。

Ｘ線波の位相は、直接にではなく、基準波で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、投影画像および断層撮影画像を構成することができる。この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線によって透過され、引き続いてＸ線の波長に整合した周期を有する格子に通され、これにより、対象中に現れた位相シフトに依存した干渉パターンが得られる。この干渉パターンは後段に設けられた（引き続き＝時間的）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。このような位相格子は例えばシリコンウェハから長方形構造体をエッチングすることによって製造することも知られている。

微分位相コントラストラジオグラフィまたは微分位相コントラスト断層撮影法のための従来のシステムは平行ビームジオメトリ用に設計されている。このようなシステムにおける画像化は中心軸線に近い領域でのみ十分に機能し、検出器の縁に向かってファン角およびコーン角が大きくなるのに伴って悪化することが判明した。

医療診断や非破壊材料試験では、使用するＸ線設備の一層コンパクトな構造が望ましい。例えばコンピュータ断層撮影（ＣＴ）法では、線源と位相コントラスト格子システムと検出器はガントリのなかで回転しなければならないが、ガントリの直径はシステム上の理由から、そして遠心力のゆえに限定されている。さらに、医用ＣＴシステムの開口部は患者の寸法と所要の人間工学とによって決まっている。これらの寸法は微分位相コントラスト画像化システムのビーム路に最大長を強いる。他方で、有意義な走査を達成するために視野は十分に大きくなければならない。そのことから幅広いファンビームまたはコーンビームを使用することが必要になる。類似の状況および熟慮は投影画像用Ｘ線設備またはＣアームシステムにおいても生じる。
欧州特許出願公開第１４４７０４６号明細書

そこで本発明の課題は、検出器システムの中心軸線から遠い領域全体つまり縁領域における画像化が改良されている焦点−検出器装置を提供することである。

焦点−検出器装置に関する課題は、本発明によれば、投影または断層撮影による検査対象の位相コントラスト画像を作成するために、
ファンビームまたはコーンビーム束を作成するための焦点を有し検査対象の第１側に配置されるＸ線源と、
検査対象の反対側の第２側でビーム路中に配置され予め定められたエネルギー範囲内のＸ線の干渉パターンを作成する少なくとも１つの位相格子を有しビーム路中に配置される少なくとも１つのＸ線光学格子と、
位相格子によって作成された干渉パターンを少なくともその位相シフトに関して位置分解して検出する分析−検出器システムと
から少なくとも構成されるＸ線装置の焦点−検出器装置において、
少なくとも１つのＸ線光学格子が複数の条帯を有し、これらの条帯がファンビームまたはコーンビーム束のビーム路中に陰を形成しない突出部であり、
次の幾何学的関係
ｒ ₁ ＞ｇ ₁ ² ／（２λ）
（但し、
ｒ ₁ ＝焦点と位相格子との半径方向距離、
ｇ ₁ ＝位相格子（Ｇ ₁ ）の周期、
λ＝検討したＸ線のエネルギーの波長）
が守られることによって解決される。
本発明の有利な実施態様は従属請求項に記載されている。

位相コントラスト撮影時に検出器の縁に向かって画像化が悪化する原因は、少なくとも一部では、従来の平らな格子の場合縁領域ではビーム方向に対して相対的な格子条帯の配列が中心からの距離増加に伴ってますます大きな角度を占めることにあることを、本発明者達は認識した。光子エネルギーは大抵２０ｋｅＶ以上と比較的高いので、格子内では、詳細には位相格子内でも分析格子内でも、条帯高さと間隙幅とのアスペクト比は１０：１より大きい範囲内となる。位相格子の格子高さは光子エネルギーに伴ってほぼ直線的に増加し、分析格子の格子高さはなお一層強く増加し、そのことから、医療診断および非破壊材料試験の光子エネルギーが高い場合、法外なアスペクト比が生じる。幅広のファン角またはコーン角を有するビーム路を適用する場合、大きなアスペクト比を有するこれらの格子が陰影作用を引き起こし、この陰影作用は大きな角度の方で、つまり検出器の縁に向かって、特に位相格子の回折作用と分析格子の走査作用とを著しく損なう。

このような否定的作用を防止しなければならない場合、入射するビームのビーム方向に対して相対的な陰形成もしくは突出を防止する相応する格子形状が必要である。

このような陰影は、例えば、格子条帯がその側面を各ビーム方向に向けるように構成されることによって防止することができる。また、格子のいずれの個所にも陰影が現れないように条帯を台形状に構成することが可能である。同様に、陰影を防止する波状輪郭を選択することもできる。特別有利には、格子は、過度に急峻でない側面形状において陰影を防止する条帯の波状形状を有することもできる。

さらに、直立した側面を有する従来の格子も、Ｘ線源点を中心に円形に曲げられると使用することができる。その際、半径方向に向けられた格子条帯はこのように形成された球表面または円筒表面に対して垂直に延びねばならないであろう。

格子のこのような湾曲は、例えば格子を相応に張設することによって、または可撓性格子の縁側に支持部を取付け、可撓性格子が気圧または液圧を異にする２つの小室間の境界面として働くことによって作成することができる。ファンビームジオメトリおよびコーンビームジオメトリの場合、微分位相コントラスト法は円筒部分または球欠の形状の位相格子を必要とするだけでなく、同心状の干渉パターンが構成されるので同心分析格子も必要とし、場合によっては円筒部分または球欠の形状の同心検出器も必要とする。これは技術的困難を意味する。このため本発明者達はさらに、位相格子の条帯高さまたは格子周期を、個々にまたは組合せて、幾何学的条件に応じて、位相格子と分析器−検出器装置との各半径方向距離が所望のタルボ距離に一致するように調整することを提案する。

基本的になお次のことを付記することができ。

実験室Ｘ線源（Ｘ線管、二次ターゲット、プラズマ源、放射線源）からのＸ線光子の放出、および第一〜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、確率的プロセスを基礎にしている。それゆえ、放出されたＸ線はそれ自体として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線源のＸ線は位相コントラストラジオグラフィ、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線源の空間的コヒーレンスつまり横方向コヒーレンスの尺度としてはいわゆる空間的コヒーレンス長Ｌ_Cを挙げることができる。
Ｌ_C＝λ（ａ／ｓ）
但し、λは波長、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。重要なのは、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。

本特許出願において、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においてこの事情は「コヒーレントＸ線」、「コヒーレントＸ線源」または「コヒーレントＸ線を作成するための点線源」等の用語に短縮された。これらの短縮は、ここで検討した応用においてＸ線の波長またはエネルギーＥが一方では検査対象の所望の透過能力によって、他方では実験室Ｘ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に基づいている。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のＸ線源が要求される結果、利用可能な強度も比較的僅かとなる。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線源を使用し、焦点と検査対象との間のビーム路中にＸ線光学吸収格子、いわゆる線源格子を挿入することも提案された。面積の大きい焦点は大きな、従って出力の強いＸ線源の使用を可能とする。線源格子の狭い条溝つまり間隙は、同一の条溝から出射する全ての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。条溝幅は、横方向線源寸法ｓについて式（１）から得られる寸法要求を満たさねばならない。線源格子周期ｇ₀と干渉パターン周期ｇ₂とを好適に調整し、線源格子Ｇ₀と位相格子Ｇ₁との間の距離１および位相格子Ｇ₁と干渉パターンとの間の距離ｄを
ｇ₀／ｇ₂＝１／ｄ （２）
とした場合、線源格子の条溝ごとの光子の間に定常波場の極大と極小との、強度の点で正しい少なくとも１つの重なりが可能である。本特許出願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線源の単色性を伴って現れる。強い特性線のＸ線は、ここで検討した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、または位相格子の条帯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、それによって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。

この基本的な考えに基づいて本発明者達は、投影または断層撮影による検査対象の位相コントラスト画像を作成するために、
ファンビームまたはコーンビーム束を作成するための焦点を有し検査対象の第１側に配置されるＸ線源と、
検査対象の反対側の第２側でビーム路中に配置され予め定められたエネルギー範囲内のＸ線の干渉パターンを作成する少なくとも１つの位相格子を有しビーム路中に配置される少なくとも１つのＸ線光学格子と、
位相格子によって作成された干渉パターンを少なくともその位相シフトに関して位置分解して検出する分析−検出器システムと
から少なくとも構成されるＸ線機器の焦点−検出器装置を改良することを提案する。

本発明に係る改良は、焦点−検出器装置の少なくとも１つのＸ線光学格子が複数の条帯を有し、これらの条帯がファンビームまたはコーンビーム束のビーム路中に陰を形成しない突出部であることにある。つまりこのような格子はあらゆる位置でビーム方向に向けられた複数の条帯と、複数の条帯の間にそれぞれ形成された複数の間隙とを有し、条帯と間隙との間の移行領域は移行稜がビーム方向と平行に延びていることによってそれぞれ実際のビームの方向に突然生じる。

このような実施は例えばＸ線光学格子が少なくとも第１切断面において焦点を中心に湾曲して構成されていることによって達成することができ、好ましくは、少なくとも１つのＸ線光学格子は第１切断面において焦点を中心にして一定の曲率半径を有することができる。

付加的に、Ｘ線光学格子は第１切断面に垂直な第２切断面において焦点を中心に湾曲して構成することもできる。好ましくは、焦点を中心とした同じ曲率半径が使用される。これにより、Ｘ線光学格子のそれぞれの位置が焦点に対して同じ距離を有し、つまり焦点を中心とする１つの球表面上を延びていることが達成される。

本発明の特別な１つの実施態様によれば、Ｘ線光学格子の条帯は専ら上昇する側面と下降する側面とを有することができ、これらの側面が半径方向に焦点に向いている。

格子のこのような湾曲は、例えば格子を相応に張設することによって、または可撓性格子の縁側に支持部を取付け、可撓性格子が気圧または液圧を異にする２つの小室間の境界面として働くことによって作成することができる。

焦点−検出器装置、特に位相格子の例示的な実施態様において、位相格子の湾曲（すなわち曲率）は１つの平面において少なくとも３つ、好ましくは４つの支持要素の間に張設されることによって形成されている。その場合、支持要素の少なくとも１つは位相格子に点状または線状に当接することができる。これらの支持要素が互いにずらして配置されていると、支持要素に加えられた圧力に応じて、また格子の可撓性に応じて、１つまたは複数の平面において異なる湾曲（すなわち曲率）を達成することができる。これにより、元々平らに製作された格子を所望の通りに曲げることができる。ＣＴシステムにおいて現れることのあるような重力や遠心力が万一現れても、支持要素に加わる圧力を整合させることによって可変に補償することが基本的に可能である。

別の実施態様において、Ｘ線光学格子が、ガス圧を異にする少なくとも２つの領域の間の境界面を構成し、格子の所望の湾曲（つまり曲率）は、少なくとも１つの平面において、ガス圧を異にする領域の間の圧力差によって、少なくとも補足的に形成されることが提案される。ここでも圧力を変更することによって湾曲つまり曲率に影響を及ぼすことができる。さらに指摘しておくなら、ガスの代わりに、少なくとも格子の片側では液体を使用することもできる。

基本的に別の実施態様において、格子全体の湾曲の代わりに平らなＸ線光学格子が提案され、その場合、本発明の基本的な考えに基づいて格子条帯は陰影を発生しないように構成されている。これは例えば、格子条帯の相応の向きまたは形状によって行うことができる。

しかしながら、面において二次元的に曲がった格子とビーム方向に向けられた条帯を有する平らな格子との組合せを使用することも本発明の範囲内に含まれることを付記しておく。

本発明によれば、格子の条帯は、少なくとも１つの切断面において、場合によっては互いに直角な２つの切断面でも、半径方向に焦点に向いていることができる。

さらに、Ｘ線光学格子の条帯が少なくとも１つの切断面もしくは第１切断面においてビーム路に沿って少なくとも十分に正弦波状の高さ推移を有すべきであることが提案される。

他方で、位相格子の条帯は、互いに直角な２つの切断面においてビーム路に沿って正弦波状または波線状または台形状の高さ推移を有することができる。この実施態様は、ファン状広がりが２つの平面に顕著に現われるビーム束を使用するときに特に有利である。

格子表面の曲率を合わせ、これにより位相格子からのタルボ（Ｔａｌｂｏｔ）距離にも影響を及ぼし、場合によっては焦点−検出器装置内に与えられた幾何学的条件に合わせるための本発明に係る考えの１つの実施態様により、本発明はさらに、位相格子の広がりにわたって位相格子と分析−検出器システムとの異なる距離が存在することを提案する。

なお、位相格子の各条帯は、分析−検出器システムとの異なる距離にタルボ距離を合わせるために、異なる条帯長を有することができる。また、位相格子の各条帯は、分析−検出器システムとの異なる距離にタルボ距離を合わせるために、異なる格子周期を有することができる。同様に、これらの両特徴を組合せることが可能である。

上記変形例に対する代案として、分析−検出器システムとの距離が位相格子の広がりにわたって同じである等距離焦点−検出器装置が提案される。

１つの実施態様において、位相格子の各条帯は、位相格子と分析−検出器システムとの同じ距離にタルボ距離を合わせるために、異なる条帯高さにおいて同じ条帯長を有することができる。明確にするため付記しておくなら、条帯が垂直であると条帯高さと条帯長は同じである。

別の実施態様によれば、位相格子の各条帯は、分析−検出器システムとの同じ距離にタルボ距離を合わせるために、同じ条帯高さで異なる条帯長において異なる格子周期を有することができる。最後に指摘した特徴を組合せることも可能である。

さらに、焦点と位相格子との半径方向距離および焦点と分析−検出器システムとの半径方向距離との少なくとも平均値において次の幾何学的関係が守られることが提案される。
ｇ₂＝（１／２）・（ｒ₂／ｒ₁）・ｇ₁
但し、
ｒ₁＝焦点と位相格子との半径方向距離
ｒ₂＝焦点と分析−検出器システムとの半径方向距離
ｇ₁＝位相格子Ｇ₁の周期
ｇ₂＝分析−検出器システム内の分析格子Ｇ₂の周期

本発明は、ファン状に広がるビーム束により位相コントラストを測定するための焦点−検出器装置において次の幾何学的関係が守られることも提案する。
ｒ₁＞ｇ₁ ²／（２λ）
但し、
ｒ₁＝焦点と位相格子との半径方向距離
ｇ₁＝位相格子（Ｇ₁）の周期
λ＝検討したＸ線のエネルギーの波長

さらに、次の幾何学的関係が守られるべきであろう。
ｒ₂−ｒ₁＝ｄ_m＝｛ｍ−（１／２）｝・｛ｇ₁ ²／（４λ）｝
但し、
ｒ₁＝焦点と位相格子との半径方向距離
ｒ₂＝焦点と分析−検出器システムとの半径方向距離
ｇ₁＝位相格子（Ｇ₁）の周期
ｄ_m＝ｍ次タルボ距離に相応する位相格子と分析−検出器システムとの距離
λ＝検討したＸ線のエネルギーの波長

さらに、次の幾何学的関係が守られるべきであろう。
２Θ＞Δα／２
但し、
Θ＝検討したＸ線の位相格子での一次回折角の半分、Θ＝ａｒｃｓｉｎ（λ／２ｇ₁）
Δα＝位相格子周期のコーン角、Δα＝ａｒｃ（ｇ₁／ｒ₁）
ｇ₁＝位相格子（Ｇ₁）の周期
ｒ₁＝焦点と位相格子との半径方向距離
λ＝検討したＸ線のエネルギーの波長

上記焦点−検出器装置は、基本的に、十分に点状に構成された焦点を備えることができる。その場合、きわめて一義的な幾何学的条件が存在すると有利である。しかしながら、焦点寸法がごく小さいと、走査時間が過度に長くなるので、最大線量率は大抵の場合、このようなシステムでＣＴ検査を実行するのに十分でない。

高い線量率を達成するために、焦点−検出器装置が、例えば平面状に構成された焦点と、付加的に焦点と検査対象との間に配置されて個々のコヒーレントビームの束を作成する線源格子とを備えることが提案される。しかしながら、線源格子なしに準コヒーレントビームの束を作成する焦点形状（例えばマルチストリップ焦点）も、本発明の範囲から逸脱することなく等価と見做せることを指摘する。

分析−検出器システムが、位置分解する検出器と放射方向において前置され検出素子当りに定められたエネルギーのＸ線の平均位相シフトを決定する分析格子との組合せとして構成されている焦点−検出器装置は、同様に本発明の範囲に含まれる。ここでも、分析−検出器システムの検出器は焦点を中心とする曲率を有するすなわち焦点を中心に湾曲していることができ、および／または分析−検出器システムの分析格子は焦点を中心とする曲率を有するすなわち焦点を中心に湾曲していることができる。

さらに、分析−検出器システムは位置分解する検出器として構成することができ、検出素子は、検出素子当りのＸ線の平均位相シフトを決定するのに適した内部構造を有する。この変形例でも、分析−検出器システムの検出器は、好ましくは焦点の周りに等しい曲率を有することができる。

本発明に係る焦点−検出器装置の提案された他の実施形態において、焦点と検査対象との距離は検査対象と分析−検出器システムとの距離に比べて小さく（１／２ｘ〜１／１０ｘ）ないしごく小さく（＜１／１０ｘ）構成しておくことができる。これにより、相応する拡大効果が達成される。

本発明の本発明に係る原理は例えば、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、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ＣＴシステムに適用することができる。

以下において本発明を好ましい実施例に基づいて図を参照しながら詳細に説明する。なお、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、１２：軸線、１３：干渉パターン、１４：条帯、１５：間隙、１６：支持要素、１７：シール、１８：支持力、１９：窓、２０．１，２０．２：室半部、Ｄ₁：検出器、ｄ：距離、ｄ_m：タルボ距離、Ｅ：エネルギー、Ｅ_X：検出素子、Ｆ₁：焦点、Ｇ₀：線源格子、Ｇ₁：位相格子、Ｇ₂：分析格子、ｇ₀，ｇ₁，ｇ₂：格子線の周期、ｈ₀，ｈ₁，ｈ₂：格子条帯の高さ、Ｉ：強度、１：距離、ｎ：屈折率、Ｐ：試料、Ｐｒｇ_n：プログラム、ｒ₁：焦点と位相格子との半径方向距離、ｒ₂：焦点と分析−検出器システムとの半径方向距離、Ｓ_i：Ｘ線ビーム、ｘ，ｙ，ｚ：直角座標、ｘ_G：分析格子のずれ、Θ：検討したＸ線の位相格子での一次回折角の半分、Θ＝ａｒｃｓｉｎ（λ／２ｇ₁）、Δα：位相格子周期のコーン角、Δα＝ａｒｃ（ｇ₁／ｒ₁）、λ：検討し
たＸ線のエネルギーの波長、φ_ij：検出素子間の相対的位相シフト、φ_X：検出素子Ｅ_Xでの位相シフト。

理解を助けるために以下では図１〜図３に基づいて位相コントラスト測定の基本原理を説明する。この点について基本的に付記しておくなら、図は寸法どおり示されているのでなく、基本構造もしくは諸効果を強調するものである。横軸は縦軸（＝光軸）に比べて伸ばしてある。これにより角度は誇張して示されている。干渉パターンの極大、すなわち第１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的であるが、特に干渉パターンおよび分析格子は解説上の理由から空間的に相互に多少分離して図示されている。それゆえ寸法ｄ，ｒ₂は干渉パターンにも分析格子にも関係している。

図１は点状Ｘ線源から到来し試料Ｐを透過するコヒーレントＸ線、または線源格子を通過して試料Ｐを透過する準コヒーレントＸ線を示しており、試料Ｐの透過時に位相シフト（位相のずれ）が生じる。格子Ｇ₁の通過時、灰色陰影によって表した干渉パターンが作成され、この干渉パターンは格子Ｇ₂によって、後続の検出器Ｄ₁とその検出素子とに、検出素子当り異なるＸ線強度をもたらし、いわゆるタルボ距離（Ｔａｌｂｏｔ距離）に干渉パターンを生じる。

例えば検出素子Ｅ_iを分析格子Ｇ₂の相対位置ｘ_Gに応じて検討し、強度Ｉ（Ｅ_i（ｘ_G））を強度Ｉにわたる相対位置ｘ_Gの関数として作図すると、この検出素子Ｅ_iでの強度Ｉは図２に示す正弦波状推移となる。測定されたこのＸ線強度Ｉを各検出素子Ｅ_iもしくはＥ_jについてずれｘ_Gに応じて作図すると、最終的に焦点と各検出素子との間に空間的Ｘ線ビームを形成するさまざまな検出素子について関数Ｉ（Ｅ_i（ｘ_G））もしくはＩ（Ｅ_j（ｘ_G））を近似することができる。これらの関数から各検出素子について検出素子間の位相シフトφおよび相対的位相シフトφ_ijを決定することができる。

それゆえ空間内の各ビームについて、それぞれずらされた分析格子で少なくとも３回測定することによってビームごとの位相シフトを求めることができ、それから、投影によるＸ線撮影の場合には投影画像のピクセル値を直接計算することができ、またはＣＴ検査の場合にはそのピクセル値が位相シフトに一致した投影図を作成することができ、それから公知の再構成法によって、検査対象内のどのボリューム要素に、測定された位相シフトのどの成分を属させるべきであるのかを計算することができる。それゆえ、そこから、Ｘ線の位相シフトに関して検査対象の作用を位置分解して反映するスライス画像またはボリュームデータが算出される。組成の僅かな違いが既に位相シフトに対して強い作用を及ぼすので、本来比較的類似した材料、特に軟部組織の非常に詳細でかつコントラストの強いボリュームデータを再現することができる。

多重にずらされた分析格子によって、検査対象を透過したＸ線ビームの位相シフトを検出し、分析格子の背後にある検出素子でのＸ線強度を測定するこの変形例においては、分析格子をそれぞれ格子周期の微小部分だけずらして各Ｘ線ビームによって少なくとも３回の測定を実行しなければならない。

基本的には、このような分析格子を省き、それに代えて、十分に細かく構造化された検出器を使用することも可能であり、その場合、分析格子の条帯内での吸収による線量損失は起きず、検討したビーム中での位相シフトは１回の測定で決定することができる。

位相コントラストを測定するためには、コヒーレントＸ線を使用することが必要である。このコヒーレントＸ線は、例えば点状焦点によって、または準コヒーレントＸ線の場として平面状に構成された焦点の背後の線源格子によって、またはこのような格子を複製するためにアノード上に焦点を相応に格子状に形成することによって作成することができる。

平面状に構成された焦点Ｆ₁の背後にある線源格子によって準コヒーレントＸ線の場が作成される焦点−検出器システムのこのような変形例が図３に概略的に示されている。このような実施例は、利用可能な線量率が高いのでＣＴシステムにも適している。図３に示された全ての格子Ｇ₀，Ｇ₁，Ｇ₂は、基本的に、本発明に係る無陰影格子もしくは低陰影格子により取り替えることができる。

第１格子Ｇ₀の前に焦点Ｆ₁があり、符号ｓは焦点の最大広がりである。線源格子Ｇ₀から出発する準コヒーレントＸ線ビームは符号Ｓ₁〜Ｓ₄を付されている。この第１格子Ｇ₀は格子線の周期ｇ₀と格子条帯の高さｈ₀とを備えている。同様に、格子Ｇ₁，Ｇ₂も高さｈ₁もしくはｈ₂と周期ｇ₁もしくはｇ₂とを備えている。位相測定の機能には、格子Ｇ₀と格子Ｇ₁との間の距離ｌと、格子Ｇ₁と格子Ｇ₂との間の直線距離ｄとが特定の相互関係にあることが必要である。その場合次式が成り立つ。
ｇ₀＝ｇ₂（ｌ／ｄ）

検出器Ｄ₁の検出素子Ｅ₁〜Ｅ_nと分析格子Ｇ₂との距離は二次的意味しかない。位相格子の条帯高さｈ₁は、検討した波長に相応して、つまりＸ線の検討したエネルギーに相応して、またそれぞれの格子材料に関連して次式が成り立つように選択すべきであろう。
ｈ₁＝λ／｛２（ｎ−ｌ）｝
但し、ｎは格子材料の屈折率、λは位相シフト（位相のずれ）が測定されるべきＸ線ビームの波長である。上記式は厳密には平行ビームジオメトリにのみ当てはまり、ファンビームジオメトリを使用する場合には相応にフィッティングされねばならないことにも注意しなければならない。

分析格子の高さｈ₂は、Ｘ線が透過した条帯と格子の十分な欠落個所（溝）との間に効果的な吸収差を作成するために、そして位置分解能と強度／グレースケール分解能とで干渉パターンの強度分布を検出しかつ他のデータ処理にアクセス可能とするために、十分でなければならない。

格子Ｇ₀〜Ｇ₂の線配列は一般に、格子の格子線と、検出素子の、場合によって設けられているストリップ構造とが互いに平行に延びるように選択される。さらに、格子線がここに示した回転式焦点−検出器システムのシステム軸線に対して平行またはそれに対して垂直に向いていることは有利であるが、必ずしも必要ではない。

図３において格子とファン状に構成されたＸ線つまりファンビーム束との図示を詳しく検討すると、斜めに延びるビームＳ_iが格子条帯の縁で陰影を生じることを認めることができる。しかしながら現実には格子条帯は条帯間隔または格子周期に対して相対的にかなり高く構成されており、すなわちアスペクト比が大きく、陰形成のこの作用は光軸からの偏差が小さい場合でもかなり明確に現れる。さらに、ビームのファン状広がりは一部では、図３に略示したよりもかなり大きい。これにより、Ｘ線エネルギーが高いときファン角またはコーン角が大きくまたアスペクト比が大きいと、位相コントラスト測定原理は、従来の扁平な格子の縁領域では陰影作用がますます強く現れるので殆ど機能しないことが明らかとなる。

ところでこの問題を回避するために本発明によれば、少なくとも１つの格子が複数の条帯を有するように形成され、これらの条帯がファンコーンビームまたはコーンビームの束のビーム路中に陰影を形成しない突出部であることが提案される。これは例えば、以下に述べる２つの基本的に異なる実施変形例と場合によってはこれら変形例の組み合わせによって達成することが出来る。

湾曲格子（湾曲した格子）：
本発明によれば１つの実施変形例において、点状焦点Ｆ₁と、条帯１４が半径方向に向けられている湾曲格子（すなわち湾曲した格子）Ｇ₁，Ｇ₂と、湾曲検出器（すなわち湾曲した検出器）Ｄ₁とからなるＸ線光学システムが提案され、これが図４に例示されている。格子Ｇ₁，Ｇ₂の湾曲の中心はＸ線源の焦点で光軸１２上、ここでは焦点Ｆ₁に位置決めされている。すなわち、曲率半径ｒ₁，ｒ₂はＸ線源Ｆ₁と各格子Ｇ₁，Ｇ₂との間の距離にそれぞれ等しい。つまりこのＸ線光学システムでは、ビームスプリッタとして働く位相格子Ｇ₁も、分析器として働く振幅格子Ｇ₂も湾曲しており、同じ焦点に心出しされている。格子Ｇ₁，Ｇ₂は１つの平面または２平面で湾曲させておくことができる。公知の扁平格子の場合大きなコーン角と合せて本来現れる影作用は湾曲格子からなるこのＸ線光学システムで回避することができる。格子は、円筒または球表面の形に湾曲した格子の中心点がＸ線源の焦点にあるように湾曲している。

指摘しておくなら、場合によって設けられている線源格子も、図３の焦点−検出器システムの実施例に相応して相応に湾曲した表面とビーム方向に向けられた条帯とを有することができる。

コーンビームジオメトリまたはファンビームジオメトリ内に定在波場を作成するために、一次反射の回折角２Θと位相格子周期のコーン角Δαとの間に次の関
係が当てはまらねばならない。
２Θ＞Δα／２
但し、
Θ＝ａｒｃｓｉｎ（λ／２ｇ₁）、α＝ａｒｃ（ｇ₁／ｒ₁）であり、ｇ₁は位相格子Ｇ₁の周期、ｒ₁は線源と位相格子Ｇ₁との距離に等しい格子Ｇ₁の曲率半径に一致する。ラジオグラフィにおいて検査対象内の透過を達成するために必要とされる波長λに関し、位相格子Ｇ₁の周期ｇ₁は一般に数μｍのオーダであるが、しかし線源と位相格子との距離に依存してその値より小さくまたは大きくしておくこともできよう。

基本的に、必要な周期性を有するあらゆる格子をビームスプリッタとして使用することができ、しかし、πの位相跳躍を有する位相格子の利用は、高い割合の入射強度が回折される利点を有する。共鳴エネルギーＥについてπの位相跳躍を波長λに相応して得るために、すなわち回折次数＋１，−１のとき最大強度を得るために、位相格子Ｇ₁の高さｈ₁は次式に基づいて記述される。
ｈ＝λ／（２δ）
但し、δは格子材料の屈折率の実際の減少分である。

光子エネルギーが低い場合、核電荷数の低い材料、例えばアルミニウム、シリコン、ダイヤモンドまたはプラスチックからなる条帯が格子用に提案される。光子エネルギーが高い場合、核電荷数の高い材料、例えばクロム、ニッケル、モリブデン、タンタル、タングステン、白金、金、鉛、ウランまたはこれらの元素の組合わせからなる条帯が格子用に提案される。後者の材料の場合、必要な位相跳躍πは比較的僅かな条帯高さで達成することができ、これらの条帯高さは比較的容易に製造することができ、ビームを過度にコリメートすることはない。

不必要な強度損失を避けるために、質量吸収係数の極力小さな支持体材料つまりウェハ、例えばシリコンウェハまたはプラスチック支持体を選択することができる。

回折次数＋１，−１の最高強度を得るために、格子は間隙と条帯との幅比を１：１とすべきであろう。別の比は別の回折次数を促進する。

一般に格子の形状は長方形であるが、しかし別の形状も機能し、さまざまな回折次数にわたって強度分布に影響を及ぼす。長方形の格子形状の場合、回折次数＋１，−１の強度は一次ビームの約８５％である。正弦波の格子形状によって回折次数＋１，−１の強度は、無視し得る吸収損失を別とすれば１００％に接近する。

平行ビームジオメトリにおいて定在波場の横周期は位相格子の周期の半分である。
ｇ₂＝（１／２）ｇ₁
光軸に沿って定在波が形成されるが、これはタルボ効果として十分に知られている。干渉縞のコントラスト、すなわち定在波場が極大を示す最短距離ｄ₁、いわゆる第１タルボ距離は、波長と格子周期ｇ₁とに依存し、次のように近似することができる。
ｄ₁＝（１／２）・｛ｇ₁ ²／（４λ）｝

コーンビームジオメトリまたはファンビームジオメトリの場合、横定在波の横周期は線源からの距離にも依存している。一次近似において横周期は拡大する投影ジオメトリと見做すことができ、第１タルボ距離における定在波場の横周期がｄ１である。
ｇ₂＝（１／２）・（ｒ₂／ｒ₁）・ｇ₁

この定在波場の変調および位相は、位相対象によって導入された位相シフトの影響を受ける。十分な分解能を有する検出器は基本的に、定在波場の特性を記録し、そのことにより対象の撮像を可能とすることができよう。このためその分解能は定在波場の周期のオーダまたはそれ以上でなければならない。このような変形例がドイツ特許出願１０２００６０１７２９０とドイツ特許出願１０２００６０１７２９１．４で提案されており、ここでも利用することができる。そのような検出器が利用できない場合、十分な分解能を有する分析格子を定在波場の位置に、好ましくは第１タルボ距離に導入することができる。同じタルボ次数の定在波に沿ってこの分析格子を走査することによって正弦波状の強度分布の位相、振幅およびオフセットを決定することができる。

この処理のため、格子が周期ｇ₂の微小部分だけ、好ましくは距離ｇ₂／３だけずらされる少なくとも３つの測定点で撮影されねばならない。実際においてこの走査は、ｇ₂／４またはそれより少ないステップ幅にて４回以上のステップで実行される。この走査のため理想的には線源の周りで回転運動が実行されねばならない。しかし僅かな走査長は、光軸を横切る直線走査も可能とする。

この実施変形例において、振幅格子とも呼ばれる分析格子Ｇ₂を、半径方向に向いた条帯を有する湾曲格子として具体化することが提案される。湾曲格子の表面の垂線は線源の焦点で光軸と交差しなければならない。すなわち、曲率半径は線源と格子との間の距離ｒ₂に等しい。それにより格子は一次元の場合円筒部分の形状、二次元の場合球欠の形状を有し、円筒の軸線もしくは球の中心点は線源点もしくはＸ線源の焦点にある。分析器として働く振幅格子は同様に線源に心出ししておくことができる。分析格子は位相格子Ｇ₁の形状に相応して１つの平面または２平面で湾曲させておくことができる。格子の湾曲形状によって、条帯は半径方向に向き、扁平格子の場合にコーン角が大きくなると生じるような陰影作用は避けることができる。

検出器、例えばＣＣＤは、分析格子の直後に配置される。検出器のピクセル分解能が位置分解能（空間分解能）を決定し、この位置分解能で対象が撮像される。しかし分析格子を使用する場合、伝搬法とは異なり、検出器自体で干渉縞を分解する必要がない。それがここでは、微細分解する分析格子で行われる。さらに、コーンビームジオメトリまたはファンビームジオメトリでは拡大作用を利用することができ、こうして位置分解能の低い検出器でも対象は高い位置分解能で撮像することができる。

位相格子が回折格子もしくはビームスプリッタとして働き、位相格子の背後に干渉パターンを発生し得るように、位相格子に入射するＸ線はコヒーレンス要求を満たさねばならない。少なくとも、位相格子の隣接する２つの条帯のコヒーレント照明が与えられていなければならない。すなわち、横方向コヒーレンス長は少なくとも格子周期ｇ₁のオーダでなければならない。観察距離および波長の他に、線源寸法、特に焦点の横寸法がコヒーレンス長を決定する。

格子の円形状一次元湾曲に関して、図６と図７に示す２つの技術が例示的に提案される。

（ｉ） 図６は条帯を除いて均一な厚さの基板つまりウェハを有する長方形格子Ｇ₁を示す。この格子Ｇ₁は４つの支持要素１６によって４つの載置線（図６の横断面図では４つの載置点が示されている）で、ずらされて相対して作用する力１８によって曲げられる。対称な負荷によって、２つの内側載置線の間の格子／ウェハ部分は外力を受けておらず、一定のモーメントに曝されているだけである。これにより、一定の曲率半径、すなわち一次元の円筒形に湾曲した格子が得られる。

（ｉｉ） 図７に示す他の実施形態では、長方形格子Ｇ₁つまりウェハがシール１７によって漏れ止めして、２つの室半部２０．１，２０．２と窓１９とを有する長方形横断面の圧力室または真空室上に位置決めされている。対向する２つの縁は直線的に互いに平行に実施されている。残りの縁は所望の円形断面を有する。格子Ｇ₁の両側から圧力差が加わることにより、格子は所望の円形湾曲形にされる。円筒部分の形状の一次元湾曲格子が得られる。格子材料の異方可撓性にもかかわらず格子の均一曲率を保証するために、格子条帯と基板の結晶学的主軸（シリコンの場合［１００］配向および［０１０］配向）は圧力室もしくは載置線と平行に向いているべきであろう。エッジ効果を避けるために、両方の曲げ装置において紙面に垂直な格子寸法は格子の円形広がりに比べて十分に大きくなければならないであろう。

格子を二次元的に球状に湾曲させるために、格子は円形圧力室または真空室上に位置決めされる。円形囲いつまり室縁で、格子は漏れ止めして密封することができる。格子の両側から圧力差が加わることにより、格子は所望の二次元の円形湾曲形状、すなわち球欠の形状にされる。

放射線学に適用するには、検出器は必ずしも湾曲させておく必要はない。平らな検出器もこれらの機能を果たす。しかしＣＴにおいて応用する場合、湾曲断面を有する検出器が優先される。

なお指摘しておくなら、基本的に圧力室内の圧力発生媒体としてガスの他に液体も使用することができる。同様に、大気圧に比べて負圧が室半部２０．２に形成される場合、例えば単に一方の室半部２０．２のみを使用することもできる。

傾斜した条帯を有する平坦格子（平らな格子）：
他の実施変形例と同様に、平らな格子Ｇ₁，Ｇ₂を有し、半径方向に向いた構造を有するＸ線光学システムが提案され、図５に示されている。格子配列の中心は線源Ｆ₁の焦点で光軸上に位置決めされている。格子Ｇ₁，Ｇ₂は光軸に対して対称に位置決めされ、条帯および間隙はＸ線源の線状焦点もしくは点状焦点に向いている。このＸ線光学システムでは、ビームスプリッタとして役立つ位相格子Ｇ₁と、分析器として役立つ振幅格子Ｇ₂とは、条帯１４の向きが同じ焦点Ｆ₁に向いている。こうして一次元の格子構造も二次元の格子構造も実現することができ、斜めに向けられた格子条帯および格子間隙（格子溝）からなるこのＸ線光学システムでもって、コーン角が大きいときに平坦格子で発生するような陰影は回避することができる。

平坦格子を有するこの実施形態の寸法は湾曲格子について既に概略的に説明した原理に従う。しかしながら傾斜条帯を有する平坦格子に対する湾曲格子の違いは厳密な理論との違いを意味する。しかし適度なコーン角を有するビーム路の場合、この実施形態は技術的利点をもたらす。

前記格子が有する利点として、十分に定められた円形形状とするための手段を省くことができ、または少なくとも僅かな曲りで間に合わせることができよう。

格子内の間隙および条帯の斜め配列は例えば次の両エッチング処理によって達成することができる。
（ｉ） プラズマエッチングまたはドライエッチングプロセスにおいてプラズマの電場に関してウェハを傾けることによって。
（ｉｉ） ウェット化学エッチングでは光制御式エッチング作用によって。このため第１ステップではＫＯＨエッチングによってウェハ前面でのリソグラフィで定められた構造パターンに出発欠陥が設けられる。第２ステップではウェハ前面でＨＦエッチングが開始され、同時にウェハは裏面からＩＲ光を照射される。その際、弱くｎドープされたシリコン中で正孔のエッチング作用を制御することが利用される。正孔の作成はｎドープされたシリコン中で入射ＩＲ光（ＩＲ‐赤外）によって制御することができる。シリコンはＩＲに対して透明であるので、照明はウェハの裏側から行うことができる。照明方向と、ＫＯＨでプリエッチングされた出発欠陥が、エッチング孔または間隙の方向と形状とを制御する。

条帯が傾斜しているので、条帯長はビーム方向において同じでなく、条帯高さ（格子面に対する垂線高さ）は同じではあるが、条帯長は光軸からの距離に応じて異なる。その結果、格子は若干の小さな領域内でのみ特定波長について正確にπの位相シフトを提供する。それゆえに、最適には、間隙のエッチングは、条帯長がウェハ全体にわたってビーム方向に均一となるように制御される方がよい。この可能性を提供するのが上記光支援エッチングプロセスである。この制御の可能性を提供しない別のエッチングプロセスを利用する場合、条帯の高さを調整することのできる次の研磨プロセスが１つの可能な代案であろう。

ファンビームジオメトリもしくはコーンビームジオメトリのゆえにＸ線定在波場は一定のタルボ距離において条帯の高さが同じ場合でも僅かに湾曲していよう。この僅かな違いを一義的に無視できるのは、光軸に沿ったタルボ距離の代表的寸法が考慮されるときである。しかし詳しく検討し、タルボ距離についての上記式に従って光軸からの距離に伴って格子周期を変更すると、定在波場を１つの平面内で整列させ、または分析格子もしくは分析する検出器の実際の距離に整合させるもしくはこれに調整することが可能である。

つまり、与えられた幾何学的前提条件にＸ線光学格子を調整する３つの変形例を基本的に示すことができる。第１変形例は格子条帯の長さを変更することであり、第２変形例は格子の曲率を調整することであり、第３変形例は格子周期を変更することである。明確にするため付記するなら、条帯が垂直であると条帯高さと条帯長は同じである。

可変長の条帯を得るために、湾曲した長手断面を条帯用に使用することができる。すなわち、分析格子との可変距離を補償するために、必要なら格子の面にわたって条帯は長さを変化させることができる。例えば、格子中心との距離が大きい条帯は格子中心の条帯よりも僅かな垂線高さとすることができる。それゆえ、ビーム方向に関して条帯長、つまり条帯内のビーム行程は、格子の面全体にわたって一定である。こうしてすべての条帯がＸ線の同じ波長に整合している。技術的にこれは光学産業において知られている研磨プロセスによって達成することができ、この研磨プロセスは間隙のエッチング前にシリコンウェハ表面に応用される。しかしながら、条帯の傾斜を上側または下側で補償することも可能である。

コーンビームジオメトリを有する湾曲タルボ断面が生じる場合：
湾曲した吸収体形状の必要性を回避するために、同じ垂直平面において、詳細には吸収体格子の平面においてすべてのタルボ距離を調整することができる。このため、結果的に得られるタルボ距離が常にかつ最適に一次近似で目標平面に一致するだけではないように、格子周期は垂直平面において連続的に変化させることができる。これは、タルボ距離が格子周期に依存しているので、格子周期が光軸からの距離の関数として漸進的に調整されることを意味する。

これにより、干渉計の小さな領域もＸ線のさまざまな波長に調整することができる。一様な格子周期が存在するとき可変タルボ距離のこの手掛かりを扱うために、本発明者達は、異なる波長に位相格子を局部的に調整することを提案する。それゆえ課題は最大振幅の縞が常に同じ平面に現れることにある。タルボ距離は波長に依存するので、これは、位相格子が光軸からの距離に応じて異なる波長に調整されることを意味する。従って条帯は、異なる波長に対して振動するために異なる長さを有する。そのことから規定の長手形状を有する条帯が必要となり、その長手形状は光学レンズ（上記参照）用の格子表面の研磨によって達成することができる。

この問題の図解が図９に示してあり、符号Ｓ_iが個々のビームであり、位相格子Ｇ₁の背後で＋１次回折および−１次回折が第１タルボ距離ｄ₁に示されている。幾何学的関係２Θ＞（Δα／２）が守られねばならないであろう。但し、Θ
は検討したＸ線ビームＳ_iの位相格子での一次回折角の半分であり、Θ＝ａｒｃｓｉｎ｛λ／（２ｇ₁）｝である。Δαは位相格子周期のコーン角であり、Δα
＝ａｒｃ（ｇ₁／ｒ₁）である。ｇ₁は位相格子Ｇ₁の周期、ｒ₁は焦点と位相格子との半径方向距離、λは検討したＸ線ビームのエネルギーの波長である。

ところで、位相コントラストラジオグラフィおよび位相コントラスト断層撮影法において湾曲した格子または斜めに向けられた格子条帯を用いた画像化が、拡大して利用可能な視野から得られると有利である。これにより線量効率が良好となり、迅速な診断および分析が可能になる。

マイクロラジオグラフィおよびマイクロ断層撮影法において上記格子システムは、対象が位相格子の直前または直後にだけでなく、線源の近傍に配置されることを可能にする。そのことから可能になる拡大ジオメトリは、特に非破壊検査のとき、微分位相コントラスト画像化の条件のもとで小さな対象が拡大されることを可能にする。これにより、光学的に望ましい分解能に検出器分解能を合わせる必要はなくなる。その代わりに、投影ジオメトリの拡大は所要の検出器分解能を拡大率だけ低減する。

この例示的説明は十分に位相格子に関係しているが、しかし構成および寸法設定のための熟慮は基本的に分析格子および線源格子にも転用することができる。分析格子の周期は、既に述べたように、位相格子の周期から直接得られる。共鳴エネルギーに調節する意味での間隙の深さ（吸収体の厚さ）の臨界調節は生じないが、しかし吸収体は十分に厚くなければならず、吸収長の３倍よりも大きく、それよりさらに大きいのが一層良い。さらに、希望する共鳴エネルギー用に質量吸収係数の非常に高い材料（例えばＴａ，Ｗ，Ｐｔ，Ａｕ，Ｐｂ，Ｕ）を選択すべきであろう。分析格子の形状に関しては位相格子の寸法設定に応じ、既に述べたように、さまざまな寸法設定規則が生じる。不必要な強度損失を避けるために、質量吸収係数の非常に小さい支持体材料を選択すべきであろう。

線源格子の場合でも、陰影のない形状は有利である。湾曲格子としての実施、または斜めの条帯を有する格子としての実施が同様に可能である。これに関連して、ストリップアノードを有する線源、つまりＸ線の放出部を格子状に構成したアノードも基本的に使用することができる。周期は上記レバー比から生じる。格子間隙幅と格子条帯幅との比は有利には１：１０〜１：１とすることができる。格子間隙（格子溝）の数は好ましくは１〜約２０の範囲内とすることができる。共鳴エネルギーに調節する意味での格子間隙の深さ（吸収体の厚さ）の臨界調節は生じないが、しかし吸収体は十分に厚くなければならず、すなわち吸収体の厚さは吸収長の３倍よりも大きくなければならないであろう。さらに、希望する共鳴エネルギー用に質量吸収係数の非常に高い材料（例えばＴａ，Ｗ，Ｐｔ，Ａｕ，Ｐｂ，Ｕ）を選択すべきであろう。不必要な強度損失を避けるために、支持体材料は薄くなければならないであろう。質量吸収係数の非常に小さい支持体材料を選択すべきであろう。

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、Ｃアーム機器用にも例示的に、またそれに代わるものとして、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ＣＴシステムが図８に示されている。この図に示されたＣＴ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、Ｘ線管２と検出器３と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のビーム路中に図１〜図３による格子システムが配置され、システム軸線９に沿って移動可能な患者寝台８上に横たわっている患者７は第１焦点−検出器システムのビーム路内を移動し、走査される。ＣＴシステム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。

選択的に、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２，３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。そのことが図８に破線で示すＸ線管４と破線で示す検出器５とによって示唆されている。

少なくとも焦点−検出器システム内に本発明に係る格子があり、この格子において定在超音波によって、位相コントラスト画像を検出するのに必要な格子構造が格子媒体内に作成される。

焦点−検出器システムの別の構成において、格子は、超音波定在波場によってＸ線用の格子構造を形成する格子媒体によって形成することもできる。

補足的になお指摘しておくに、図示された焦点−検出器システムによりＸ線の位相シフトを測定できるだけでなく、位相シフトはさらにＸ線吸収を従来どおり測定して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。

自明のことであるが、本発明の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使用可能である。

位相格子と分析格子と干渉現象を表示するための検出器とを有する焦点−検出器装置の縦断面原理図 選択された検出素子での、分析格子と干渉パターンとの相対位置に依存した強度分布を示す図 線源格子、位相格子および分析格子の配置を有する焦点−検出器システムの縦断面図 点状焦点と、同心状に湾曲した位相格子と、同心状に湾曲した検出器面を含む分析格子とを有する焦点−検出器装置の縦断面図 点状焦点と位相格子と分析格子と検出器とを有し、格子条帯が半径方向に向いている焦点−検出器装置の縦断面図 ４つの支持要素によって曲げられた格子の実施形態を示す図 両側に配置された圧力室の異なる圧力負荷によって曲げられた格子の実施形態を示す図 本発明に係る焦点−検出器システムを有する医用Ｘ線ＣＴシステムの三次元図 位相格子でのＸ線ビーム回折の図解とタルボ距離の図

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 制御兼演算ユニット
１１ 記憶装置
１２ 軸線
１３ 干渉パターン
１４ 条帯
１５ 間隙
１６ 支持要素
１７ シール
１８ 支持力
１９ 窓
２０．１、２０．２ 室半部
Ｄ₁ 検出器
ｄ 距離
ｄ_m タルボ距離
Ｅ エネルギー
Ｅ_X 検出素子
Ｆ₁ 焦点
Ｇ₀ 線源格子
Ｇ₁ 位相格子
Ｇ₂ 分析格子
ｇ₀、ｇ₁、ｇ₂ 格子線の周期
ｈ₀、ｈ₁、ｈ₂ 格子条帯の高さ
Ｉ 強度
ｌ 距離
ｎ 屈折率
Ｐ 試料
Ｐｒｇ_n プログラム
ｒ₁ 焦点と位相格子との半径方向距離
ｒ₂ 焦点と分析−検出器システムとの半径方向距離
Ｓ_i Ｘ線ビーム
ｘ、ｙ、ｚ 直角座標
ｘ_G 分析格子のずれ
Θ 検討したＸ線の位相格子での一次回折角の半分
Δα 位相格子周期のコーン角
λ 検討したＸ線のエネルギーの波長
φ_ij 検出素子間の相対的位相シフト
φ_X 検出素子Ｅ_Xでの位相シフト

Claims (36)

1. 投影または断層撮影による検査対象（７，Ｐ）の位相コントラスト画像を作成するために、
   ファンビームまたはコーンビーム束（Ｓ_i）を作成するための焦点（Ｆ₁）を有し検査対象（７，Ｐ）の第１側に配置されるＸ線源（２）と、
   検査対象（７，Ｐ）の反対側の第２側でビーム路中に配置され予め定められたエネルギー範囲内のＸ線の干渉パターンを作成する少なくとも１つの位相格子（Ｇ₁）を有しビーム路中に配置される少なくとも１つのＸ線光学格子（Ｇ ₀ ，Ｇ ₁ ，Ｇ ₂ ）と、
   検出器（Ｄ ₁ ）を有し、位相格子（Ｇ₁）によって作成された干渉パターンを少なくともその位相シフトに関して位置分解して検出する分析−検出器システムと
   から少なくとも構成されるＸ線機器（１）の焦点−検出器装置（Ｆ₁，Ｄ₁）において、
   少なくとも１つのＸ線光学格子（Ｇ ₀ ，Ｇ ₁ ，Ｇ ₂ ）が複数の条帯（１４）を有し、これらの条帯（１４）がファンビームまたはコーンビーム束（Ｓ_i）のビーム路中に陰を形成しない突出部であり、
   次の幾何学的関係
   ｒ ₁ ＞ｇ ₁ ² ／（２λ）
   （但し、
   ｒ ₁ ＝焦点と位相格子との半径方向距離、
   ｇ ₁ ＝位相格子（Ｇ ₁ ）の周期、
   λ＝検討したＸ線のエネルギーの波長）
   が守られる
   ことを特徴とするＸ線機器の焦点−検出器装置。
2. 少なくとも１つのＸ線光学格子（Ｇ ₀ ，Ｇ ₁ ，Ｇ ₂ ）が、少なくとも第１切断面において焦点（Ｆ₁）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記載の焦点−検出器装置。
3. 少なくとも１つのＸ線光学格子（Ｇ ₀ ，Ｇ ₁ ，Ｇ ₂ ）が第１切断面において焦点（Ｆ₁）を中心とする曲率半径（ｒ₁）を有することを特徴とする請求項２記載の焦点−検出器装置。
4. 少なくとも１つのＸ線光学格子（Ｇ ₀ ，Ｇ ₁ ，Ｇ ₂ ）が、第１切断面に垂直な第２切断面において焦点（Ｆ₁）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２又は３記載の焦点−検出器装置。
5. 少なくとも１つのＸ線光学格子（Ｇ ₀ ，Ｇ ₁ ，Ｇ ₂ ）が、第２切断面において焦点（Ｆ₁）を中心に曲率半径（ｒ₀，ｒ₁，ｒ₂）を有することを特徴とする請求項４記載の焦点−検出器装置。
6. 少なくとも１つのＸ線光学格子（Ｇ ₀ ，Ｇ ₁ ，Ｇ ₂ ）の条帯（１４）が、専ら上昇する側面と下降する側面とを有し、これらの側面が半径方向に焦点（Ｆ ₁ ）に向いていることを特徴とする請求項１乃至５の１つに記載の焦点−検出器装置。
7. 少なくとも１つのＸ線光学格子（Ｇ ₀ ，Ｇ ₁ ，Ｇ ₂ ）の各条帯（１４）が平坦部を有し、この平坦部がビーム束（Ｓ₁）の通過ビームに対して垂直に向いていることを特徴とする請求項６記載の焦点−検出器装置。
8. 少なくとも１つのＸ線光学格子（Ｇ ₀ ，Ｇ ₁ ，Ｇ ₂ ）の湾曲は、当該Ｘ線光学格子（Ｇ ₀ ，Ｇ ₁ ，Ｇ ₂ ）を１つの平面において少なくとも３つの支持要素（１６）の間に張設することによって形成されていることを特徴とする請求項２乃至７の１つに記載の焦点−検出器装置。
9. 支持要素（１６）の少なくとも１つが少なくとも１つのＸ線光学格子（Ｇ ₀ ，Ｇ ₁ ，Ｇ ₂ ）に点状に当接することを特徴とする請求項８記載の焦点−検出器装置。
10. 支持要素（１６）の少なくとも１つが少なくとも１つのＸ線光学格子（Ｇ ₀ ，Ｇ ₁ ，Ｇ ₂ ）に線状に当接することを特徴とする請求項８又は９記載の焦点−検出器装置。
11. 少なくとも１つのＸ線光学格子（Ｇ ₀ ，Ｇ ₁ ，Ｇ ₂ ）が、ガス圧を異にする少なくとも２つの領域の間の境界面を構成し、
    少なくとも１つのＸ線光学格子（Ｇ ₀ ，Ｇ ₁ ，Ｇ ₂ ）の所望の湾曲は、少なくとも１つの平面において、ガス圧を異にする領域の間の圧力差によって、少なくとも補足的に形成されることを特徴とする請求項２乃至１０の１つに記載の焦点−検出器装置。
12. 少なくとも１つのＸ線光学格子（Ｇ ₀ ，Ｇ ₁ ，Ｇ ₂ ）は全体として平らに構成されていることを特徴とする請求項１記載の焦点−検出器装置。
13. 少なくとも１つのＸ線光学格子（Ｇ ₀ ，Ｇ ₁ ，Ｇ ₂ ）の各条帯（１４）は、少なくとも１つの切断面において半径方向に焦点（Ｆ₁）に向いていることを特徴とする請求項１２記載の焦点−検出器装置。
14. 少なくとも１つのＸ線光学格子（Ｇ ₀ ，Ｇ ₁ ，Ｇ ₂ ）の各条帯（１４）は、半径方向に三次元で焦点に向いていることを特徴とする請求項１３記載の焦点−検出器装置。
15. 少なくとも１つのＸ線光学格子（Ｇ ₀ ，Ｇ ₁ ，Ｇ ₂ ）の条帯（１４）は、少なくとも１つの切断面もしくは第１切断面においてビーム路に沿って正弦波状の高さ推移を有することを特徴とする請求項１乃至５または１２の１つに記載の焦点−検出器装置。
16. 少なくとも１つのＸ線光学格子（Ｇ ₀ ，Ｇ ₁ ，Ｇ ₂ ）の条帯（１４）は、互いに直角な２つの切断面においてビーム路に沿って正弦波状または波線状または台形状の高さ推移を有することを特徴とする請求項１５記載の焦点−検出器装置。
17. 少なくとも１つのＸ線光学格子（Ｇ ₀ ，Ｇ ₁ ，Ｇ ₂ ）の広がりにわたって、少なくとも１つのＸ線光学格子（Ｇ ₀ ，Ｇ ₁ ，Ｇ ₂ ）と分析−検出器システムとの異なる距離が存在することを特徴とする請求項１乃至１６の１つに記載の焦点−検出器装置。
18. 位相格子（Ｇ₁）の各条帯は、分析−検出器システムとの異なる距離にタルボ距離（ｄ_m）を合わせるために、異なる条帯長を有することを特徴とする請求項１７記載の焦点−検出器装置。
19. 位相格子（Ｇ₁）の各条帯は、分析−検出器システムとの異なる距離にタルボ距離（ｄ_m）を合わせるために、異なる格子周期（ｇ₁）を有することを特徴とする請求項１６乃至１８の１つに記載の焦点−検出器装置。
20. 位相格子（Ｇ₁）と分析−検出器システムとの距離が位相格子（Ｇ₁）の広がりにわたって同じであることを特徴とする請求項１乃至１６の１つに記載の焦点−検出器装置。
21. 位相格子（Ｇ₁）の各条帯は、分析−検出器システムとの同じ距離にタルボ距離（ｄ_m）を合わせるために、異なる条帯高さにおいて同じ条帯長を有することを特徴とする請求項２０記載の焦点−検出器装置。
22. 位相格子（Ｇ₁）の各条帯は、分析−検出器システムとの同じ距離（ｄ）にタルボ距離を合わせるために、同じ条帯高さで異なる条帯長において異なる格子周期（ｇ₁）を有することを特徴とする請求項２０記載の焦点−検出器装置。
23. 焦点（Ｆ₁）と位相格子（Ｇ₁）との半径方向距離および焦点（Ｆ₁）と分析−検出器システムとの半径方向距離との少なくとも平均値において次の幾何学的関係ｇ₂＝（１／２）・（ｒ₂／ｒ₁）・ｇ₁
    （但し、
    ｒ₁＝焦点と位相格子との半径方向距離、
    ｒ₂＝焦点と分析−検出器システムとの半径方向距離、
    ｇ₁＝位相格子（Ｇ₁）の周期、
    ｇ₂＝分析−検出器システムの周期）
    が守られることを特徴とする請求項１乃至２２の１つに記載の焦点−検出器装置。
24. 次の幾何学的関係
    ｒ₂−ｒ₁＝ｄ＝（１／２）・｛ｇ₁ ²／（４λ）｝
    （但し、
    ｒ₁＝焦点と位相格子との半径方向距離、
    ｒ₂＝焦点と分析−検出器システムとの半径方向距離、
    ｇ₁＝位相格子（Ｇ₁）の周期、
    ｄ＝位相格子と分析−検出器システムとの距離、
    λ＝検討したＸ線のエネルギーの波長）
    が守られることを特徴とする請求項１乃至２３の１つに記載の焦点−検出器装置。
25. 次の幾何学的関係
    ２Θ＞Δα／２
    （但し、
    Θ＝検討したＸ線の位相格子での一次回折角の半分、Θ＝ａｒｃｓｉｎ｛λ／（２ｇ₁）｝、
    Δα＝位相格子周期のコーン角、Δα＝ａｒｃ（ｇ₁／ｒ₁）、
    ｇ₁＝位相格子（Ｇ₁）の周期、
    ｒ₁＝焦点と位相格子との半径方向距離、
    λ＝検討したＸ線のエネルギーの波長）
    が守られることを特徴とする請求項１乃至２３の１つに記載の焦点−検出器装置。
26. 焦点（Ｆ₁）が点状に構成されていることを特徴とする請求項１乃至２５の１つに記載の焦点−検出器装置。
27. 焦点（Ｆ₁）と検査対象（Ｐ、７）との間に、準コヒーレントビームの束を作成するための線源格子（Ｇ₀）が配置されていることを特徴とする請求項１乃至２５の１つに記載の焦点−検出器装置。
28. 分析−検出器システムが、システムの分解能を決定する多数の検出素子を有する一列または多列検出器と、放射方向において前置され検出素子当りに定められたエネルギーのＸ線の平均位相シフトを位置分解して決定する分析格子（Ｇ₂）との組合せとして構成されていることを特徴とする請求項１乃至２７の１つに記載の焦点−検出器装置。
29. 分析−検出器システムの検出器が焦点（Ｆ₁）を中心に湾曲していることを特徴とする請求項２８記載の焦点−検出器装置。
30. 分析−検出器システムの分析格子（Ｇ₂）が焦点を中心に曲率（ｒ₂）を有することを特徴とする請求項２８又は２９記載の焦点−検出器装置。
31. 分析−検出器システムが、システムの分解能を決定する多数の検出素子（Ｅ_X）を有する一列または多列検出器として構成され、検出素子（Ｅ_X）の少なくとも一部が、検出素子（Ｅ_X）当りに定められたエネルギーのＸ線の平均位相シフトを位置分解して決定することを特徴とする請求項１乃至３０の１つに記載の焦点−検出器装置。
32. 分析−検出器システムの検出器（Ｄ₁）が、焦点（Ｆ₁）の周りに等しい曲率（ｒ₂）を有することを特徴とする請求項３１記載の焦点−検出器装置。
33. 焦点（Ｆ₁）と検査対象（Ｐ）との距離が、検査対象（Ｐ）と分析−検出器システムとの距離に比べて小さく（１／２〜１／１０）ないしごく小さく（＜１／１０）構成されていることを特徴とする請求項１乃至３２の１つに記載の焦点−検出器装置。
34. 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、システムが請求項１乃至３３の１つに記載の焦点−検出器装置を有することを特徴とするＸ線システム。
35. 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、システムが請求項１乃至３３の１つに記載の焦点−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。
36. 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ＣＴシステムにおいて、システムが請求項１乃至３３の１つに記載の焦点−検出器装置を有することを特徴とするＸ線ＣＴシステム。

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