JP7418552B2 - Ｄａｘ格子のための安定した上部ブリッジ製作 - Google Patents
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Description
本発明は、Ｘ線暗視野撮像及び／又はＸ線位相コントラスト撮像のための撮像装置のためのＸ線格子を製造するための方法に関する。本発明は、更に、この方法によって製造される微細構造、撮像装置、Ｘ線位相コントラスト及び／又は暗視野撮像を実施する方法に関する。
格子に基づいた位相コントラスト及び暗視野Ｘ線（ＤＡＸ）撮像は、例えば、乳房Ｘ線撮影、胸部Ｘ線撮影、及びコンピュータ断層撮影（ＣＴ）の領域において、Ｘ線機器の診断品質を高めると期待できる技術である。この技術に基づいて臨床システムを構築するための最も困難な課題の１つは、格子の製作である。特には、ソース格子Ｇ０及び吸収格子Ｇ２は、Ｘ線チューブの全体的なスペクトルにわたって十分な減衰を達成するために、特に、もしもチューブが３０から４０ｋｅＶを超えるエネルギー範囲において光子を提供する場合、金による２００μｍを超える高さにおいて数μｍから数１０μｍｍ程度のピッチの格子構造を必要とする。
リソグラフィ法によって作成された高分子構造（レジスト構造）が、高分子テンプレートを強Ｘ線吸収材料（例えば、金）によって充填することによって格子製作のために使用される。もしも格子がソース格子Ｇ０として使用されるならば、レジストは熱的負荷及び放射線負荷に耐え得ず、全体的な格子が不安定になることが観察された。従って、電気めっき後にレジストを剥ぎ取ることが計画される。格子ラメラの機械的安定性を保証するために、それらは、格子の上部に追加的なブリッジを電気めっきすることよって接続される必要がある。全視野にアクセスするために、ソース格子Ｇ０は屈曲される必要がある。しかしながら、屈曲された上部ブリッジは、高い機械的応力を受ける。
Ｘ線暗視野撮像及び／又はＸ線位相コントラスト撮像のための、上部ブリッジを有するＸ線格子の機械的安定性を向上させる必要性が存在する。
本発明の目的は、独立請求項の主題によって解決され、更なる実施形態は従属請求項に組み込まれる。本発明の以下に説明される態様は、Ｘ線格子を製造するための方法、微細構造、撮像装置、Ｘ線位相コントラスト及び／又は暗視野撮像を実施する方法にも適用されることに留意されたい。
本発明の第１の態様は、Ｘ線暗視野撮像のための及び／又はＸ線位相コントラスト撮像のための撮像装置のためのＸ線格子を製造するための方法を提供する。方法は、
ａ）平坦なサンプル上に複数の周期的に配置された格子ウェブと格子開口とを有するレジスト陰性格子を製造するステップと、
ｂ）平坦なサンプル上の格子開口を、電気めっきによって充填するステップであって、、格子ウェブの高さまで電気めっきを継続することによって格子ラメラを形成する、充填するステップと、
ｃ）レジスト陰性格子の上部に、格子ウェブに実質的に垂直な上部ブリッジの導入を可能とするフォームを加工するステップと、
ｄ）レジスト陰性格子を所望の半径まで屈曲させるステップと、
ｅ）レジスト陰性格子を屈曲させた後に、上部ブリッジを形成するために電気めっきによってフォームを充填するステップと
を有する。
ａ）平坦なサンプル上に複数の周期的に配置された格子ウェブと格子開口とを有するレジスト陰性格子を製造するステップと、
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ｃ）レジスト陰性格子の上部に、格子ウェブに実質的に垂直な上部ブリッジの導入を可能とするフォームを加工するステップと、
ｄ）レジスト陰性格子を所望の半径まで屈曲させるステップと、
ｅ）レジスト陰性格子を屈曲させた後に、上部ブリッジを形成するために電気めっきによってフォームを充填するステップと
を有する。
換言すれば、製作プロセスにおける変更によって、上部ブリッジに対する不所望の高応力を低減又は防止することが提案される。具体的には、屈曲の後に上部ブリッジを電気めっきすることが提案される。換言すれば、上部ブリッジの電気めっきは、屈曲された幾何学的形状に対して実施される。詳細な製作プロセスは、以下において、特に図１及び図２Ａから図２Ｇにおける例示的な実施形態に関して説明される。
上記の動作は、適用可能な場合には、例えば上部ブリッジが電気めっきされる前に屈曲させるなど必要とされる特定の順序に従うことを条件に、任意の適切な順序で、例えば、連続して、同時に、又はこれらの組み合わせにおいて実施されてよいことが理解されよう。
例えば、ステップｂ）とステップｃ）とを入れ替えることができる。処理は以下のようになる：
ａ１）平坦なサンプル上に複数の周期的に配置された格子ウェブと格子開口とを有するレジスト陰性格子を製造するステップ、すなわちステップａ）、
ｂ１）レジスト陰性格子の上部に、格子ウェブに実質的に垂直な上部ブリッジの導入を可能とするフォームを加工するステップ、すなわちステップｃ）、
ｃ１）平坦なサンプル上の格子開口を、電気めっきによって、格子ラメラを形成するために格子ウェブの高さまで電気めっきを継続することによって充填するステップ、すなわちステップｂ）、
ｄ１）レジスト陰性格子を所望の半径に屈曲させるステップ、すなわちステップｄ）、及び
ｅ１）レジスト陰性格子を屈曲させた後に、上部ブリッジを形成するために電気めっきによってフォームを充填するステップ、すなわちステップｅ）。
ａ１）平坦なサンプル上に複数の周期的に配置された格子ウェブと格子開口とを有するレジスト陰性格子を製造するステップ、すなわちステップａ）、
ｂ１）レジスト陰性格子の上部に、格子ウェブに実質的に垂直な上部ブリッジの導入を可能とするフォームを加工するステップ、すなわちステップｃ）、
ｃ１）平坦なサンプル上の格子開口を、電気めっきによって、格子ラメラを形成するために格子ウェブの高さまで電気めっきを継続することによって充填するステップ、すなわちステップｂ）、
ｄ１）レジスト陰性格子を所望の半径に屈曲させるステップ、すなわちステップｄ）、及び
ｅ１）レジスト陰性格子を屈曲させた後に、上部ブリッジを形成するために電気めっきによってフォームを充填するステップ、すなわちステップｅ）。
いくつかのステップは同時に実施されてよいことにも留意されたい。例えば、レジスト陰性格子を製作した直後に上部ブリッジのためのフォームを作成し、格子開口と上部ブリッジのフォームとの両方を１つのステップで電気めっきすることができる。処理は以下のようになる：
ａ２）平坦なサンプル上に複数の周期的に配置された格子ウェブと格子開口とを有するレジスト陰性格子を製造するステップ、すなわちステップａ）、
ｂ２）レジスト陰性格子の上部に、格子ウェブに実質的に垂直な上部ブリッジの導入を可能とするフォームを加工するステップ、すなわちステップｃ）、
ｃ２）レジスト陰性格子を所望の半径に屈曲させるステップ、すなわちステップｄ）、及び
ｄ２）平坦なサンプル上の格子開口を、電気めっきによって、格子ラメラを形成するために充填し、上部ブリッジを形成するために電気めっきを継続することによってフォームを充填するステップ、すなわちステップｂ）とステップｅ）とを１つのステップにおいて実施するステップ。
ａ２）平坦なサンプル上に複数の周期的に配置された格子ウェブと格子開口とを有するレジスト陰性格子を製造するステップ、すなわちステップａ）、
ｂ２）レジスト陰性格子の上部に、格子ウェブに実質的に垂直な上部ブリッジの導入を可能とするフォームを加工するステップ、すなわちステップｃ）、
ｃ２）レジスト陰性格子を所望の半径に屈曲させるステップ、すなわちステップｄ）、及び
ｄ２）平坦なサンプル上の格子開口を、電気めっきによって、格子ラメラを形成するために充填し、上部ブリッジを形成するために電気めっきを継続することによってフォームを充填するステップ、すなわちステップｂ）とステップｅ）とを１つのステップにおいて実施するステップ。
本発明の実施形態によると、方法は、電気めっきを実施した後に、格子ラメラの間のレジスト陰性格子を除去するステップを更に有する。
本発明の実施形態によると、ステップｄ）において、所望の半径へのレジスト陰性格子の正確な屈曲を可能とするフレームが提供される。
上部ブリッジの電気めっきは、屈曲された幾何学的形状において行われなければならないので、例えばＧ０構造のために、最終的な半径への正確な屈曲を可能とする、Ｘ線チューブに近接した撮像装置における取り付け位置に適合したフレームを有することが有益である。
本発明の実施形態によると、フレームの屈曲半径は、Ｘ線チューブに近接した撮像装置における取り付け位置に適合している。
本発明の実施形態によると、フレームは非導電性材料であり、又はフレームは非導電性材料によって完全に覆われている。
屈曲後の電気めっきは、上部ブリッジの領域に限定されなければならず、フレームの他の表面に施されてはならないので、非導電性材料などの特別な材料、又は非導電性被覆フレームが使用され、電気めっきが適用されるべきではない領域のある種の保護がなされなければならない。非導電性材料の例としては、プラスチック、ガラス、セラミックなどがある。
本発明の実施形態によると、ステップｅ）は、電気めっきのための温度を選択するステップを更に有する。選択される温度は、Ｘ線格子の幾何学的形状変化及び／又は機械的応力が、撮像装置におけるＸ線格子の動作条件において最小であるか又は最小に近くなるように選ばれる。
Ｇ０などのＸ線格子は、典型的には、（Ｘ線窓において）Ｘ線チューブに近接したホルダにおいて使用される。Ｘ線チューブは、種々の条件下において動作され、例えば室温から約７０℃まで温度上昇する。一方、より広い温度範囲を有する搬送条件がある。温度変化（搬送－静的、動作－低速で動的）が、格子の変形及びブリッジの安定化に対して有する影響は最小でなければならず、理想的な状況においては、ブリッジの膨張がラメラを屈曲させてはならない。例えば、屈曲及びそれによるＸ線ビームの形成への影響が最小化されるように、＋／－２０°の変化を有する限定的な屈曲しか有さないように、４０℃の温度条件において名目上「０」変形を使用することが好ましい。
動作中のＸ線チューブの振動と同様に、動作中のアノードの回転周波数の範囲内にあるようなブリッジ及び格子における共鳴周波数も回避することが望ましい。
電気めっきに関して、良好なめっき条件を可能とするように温度が選択されなければならない。しかしながら、良好なめっき条件を可能とする温度は、上部ブリッジの望ましい機械的特性を達成するためには適しておらず、というのは、電気めっきされた上部ブリッジの特性も電気めっきのための温度に依存するからである。それ故、良好なめっき条件を可能とすることと予期される応力状態を解決することとの間で全体的なトレードオフが選択される。
例えば、残留応力、弾性係数、熱膨張などの電気めっきされた上部ブリッジの熱的及び機械的特性に対するめっき処理条件の影響は、例えば有限要素解析によってシミュレーション及び調査される。電気めっきされた上部ブリッジの熱的及び機械的特性に対するめっき処理条件の影響は、実験結果に基づいても調査される。電気めっきされた上部ブリッジの特性及びそれらの処理条件に対する関係に基づいて、予期される応力状態を解決するために、電気めっきされた上部ブリッジの所望の特性（例えば、熱的及び機械的特性）を達成する電気めっきのための温度を選択することができる。換言すれば、屈曲された構造の全体的な機械的設計に関して、温度変化及び／又は機械的振動に起因する幾何学的形状変化及び機械的応力が、撮像装置におけるＸ線格子の動作条件において最小であるか又は最小に近くなるように、Ｘ線格子の完全な設計を最適化することが必要とされる。
実施例において、電気めっきのための温度は、４０℃の温度条件において、＋／－５°、＋／－１０°、＋／－２０°の限定的な屈曲又は他の変化だけを有するＸ線格子を作成するように選択される。
実施例において、電気めっきのための温度は、作成されたＸ線格子に関して、ブリッジ及び格子における共鳴周波数が、動作中のアノードの回転周波数の範囲内にないように定められる。
実施例において、電気めっきのための温度は、４０℃の温度条件において、＋／－５°、＋／－１０°、＋／－２０°の限定的な屈曲又は他の変化だけを有するＸ線格子を作成するように、及び、ブリッジ及び格子における共鳴周波数が、動作中のアノードの回転周波数の範囲内にないように選択される。
本発明の実施形態によると、上部ブリッジは、上部ブリッジに起因する機械的応力が、撮像装置におけるＸ線格子の動作条件において最小であるか又は最小に近くなるような形状に形成される。
換言すれば、上部ブリッジの形状の選択は、生成される応力に対して影響を有する。従って、屈曲された構造の全体的な機械的設計に関して、撮像システムの動作中の温度変化及び機械的振動に起因する幾何学的形状変化及び機械的応力に対して持つ影響が最小になるように上部構造の形状設計を最適化することが必要とされる。
上部ブリッジの形状は、ブリッジ設計の剛性に依存して、温度膨張を可能とするがラメラのより小さな変形しか可能としないような厚さのばらつき及びブリッジ輪郭の最適化によって修正される。バネのように僅かに屈曲されたブリッジは、ゼロ公差距離と比べて、ラメラへの界面における応力を最小化し得る。形状は、撮像装置におけるＸ線格子の動作条件における機械的応力を低減するために、例えば、チューブの温度範囲、システムの振動、チューブの位置決め中のＧ力などに従って適合される。
本発明の実施形態によると、上部ブリッジ及び格子ラメラは、同一の材料から作成される。
材料の適合性のために、ブリッジも同一の材料で作成することには意味がある。故に、強Ｘ線吸収材料（例えば、金）が、上部ブリッジ及び格子ラメラの両方のために使用される。
本発明の実施形態によると、格子ラメラは、高Ｘ線吸収材料において電気めっきされる。上部ブリッジは、低Ｘ線吸収材料において電気鋳造される。
換言すれば、上部ブリッジの材料の選択も、生成される応力に対して影響を有する。故に、上部ブリッジの材料及び幾何学的形状の選択は、撮像特性と屈曲された幾何学的形状におけるブリッジの安定化効果のための機械的特性との間のトレードオフである。撮像特性の例としては、トレンチ及び上部ブリッジにおける低吸収性、吸収壁部に屈曲がないこと、壁部に振動がないこと、及び同一位置における寿命の安定性などがある。機械的特性の例としては、温度、振動、静的及び動的な応力、熱膨張などの影響を補償することなどがある。従って、屈曲された構造の全体的な機械的設計に関して、撮像システムの動作中の温度変化及び機械的振動に起因する幾何学的形状変化及び機械的応力に対して有する影響が最小になるように上部構造の材料の選択を最適化することが必要とされる。
本発明の実施形態によると、レジスト陰性格子は、格子ウェブを安定化させるための複数の安定化構造を備える。
上部ブリッジは、例えば、ブリッジ又は太陽光線安定化構造を有するレジスト陰性格子など、任意のタイプのレジスト陰性格子に適用される。
本発明の実施形態によると、安定化構造は、ブリッジ構造及び／又は太陽光線構造を備える。
本発明の実施形態によると、ステップｄ）における屈曲は、正屈曲又は負屈曲である。
本発明の更なる態様は、上記及び下記に説明される方法によって製造された微細構造を提供する。
提案される製作プロセスによって、微細構造の上部ブリッジは、高い機械的応力を受けることが少なくなる。このことは、上部ブリッジが異なる屈曲半径で延性レジームに入る機会が少なくなるので、微細構造の均一性に対するリスクを低減させ得る。換言すれば、微細構造は機械的安定性が向上している。
本発明の更なる態様は、対象者の画像をキャプチャするための撮像装置を提供し、撮像装置は、
Ｘ線源と、
ソース格子と、
Ｘ線源から射出されたＸ線を回折させるための回折格子と、
回折格子によって回折されたＸ線の一部を吸収するための吸収格子と、
吸収格子を通過したＸ線を検知するための検知器と
を備え、
ソース格子、回折格子、及び吸収格子のうちの少なくとも１つは、上記及び下記に説明された例示的な実施形態及び実施例のうちの任意のものによる微細構造を備える。
Ｘ線源と、
ソース格子と、
Ｘ線源から射出されたＸ線を回折させるための回折格子と、
回折格子によって回折されたＸ線の一部を吸収するための吸収格子と、
吸収格子を通過したＸ線を検知するための検知器と
を備え、
ソース格子、回折格子、及び吸収格子のうちの少なくとも１つは、上記及び下記に説明された例示的な実施形態及び実施例のうちの任意のものによる微細構造を備える。
撮像装置は、医療用途又は非医療用途（例えば、非破壊試験）のために提供される。撮像装置は、平面Ｘ線のような静的な幾何学的形状及び／又は回転ＣＴのようなシステムである。微細構造は機械的安定性が向上しているので、撮像システムによって検知される位相情報は、撮像装置の動作中に温度変化及び機械的振動を受けることが少なくなる。
本発明の更なる態様は、Ｘ線位相コントラスト及び／又は暗視野撮像を実施する方法を提供し、方法は、
上述された例示的な実施形態及び実施例のうちの任意のものによる撮像装置のソース格子と回折格子との間、又は回折格子と吸収格子との間に対象者を位置付けるステップと、
対象者に対してＸ線ビームを射出するステップと、
画像データを取得するために、対象者並びに撮像装置のソース格子、回折格子及び吸収格子を通過したＸ線ビームを検知するステップと
を有する。
上述された例示的な実施形態及び実施例のうちの任意のものによる撮像装置のソース格子と回折格子との間、又は回折格子と吸収格子との間に対象者を位置付けるステップと、
対象者に対してＸ線ビームを射出するステップと、
画像データを取得するために、対象者並びに撮像装置のソース格子、回折格子及び吸収格子を通過したＸ線ビームを検知するステップと
を有する。
本明細書において使用されるとき、「実質的」という語は、示された状態の完全な又はほぼ完全な範囲又は程度を指す。例えば、上部ブリッジが格子ウェブに対して実質的に垂直であるという言及は、上部ブリッジが特定の機能を実行するために、すなわち、追加的な機械的安定性を提供するために実質的に垂直であることを意味する。絶対的な完全性からの逸脱の許容される正確な程度は、所望の機械的安定性及び製作公差に依存する。例えば、絶対的な完全性からの±５°の逸脱は、実質的に垂直であると見なされる。いくつかの場合において、例えば、高い機械的安定性が望まれるとき、絶対的な完全性からの±０．１°の逸脱が実質的に垂直であると見なされる。
更に、本明細書において、最小に「近い」とは、最小から好ましくは１０％、より好ましくは５％、更により好ましくは１％、最も好ましくは最小から０％であることを指す。
本発明のこれらの及び他の態様は、以下において説明される実施形態から明らかになり、これらを参照して解明されるであろう。
本発明のこれらの及び他の態様は、以下における説明において添付の図面を参照して例として説明される実施形態から明らかであり、これらを参照して更に解明されるであろう。
図面は純粋に概略的なものであって、縮尺通りに描かれていないことに留意されたい。図面において、既に説明された要素に対応する要素は同一の参照数字を有する。実施例、実施形態又は任意選択的な特徴は、非限定的なものであると示されていようといまいと、特許請求される発明を限定するものと理解されるべきではない。
上に述べられたように、もしも格子がソース格子Ｇ０として使用されるならば、レジストは熱的負荷及び放射線負荷に耐え得ず、全体的な格子が不安定になることが観察された。従って、格子の上部に追加的なブリッジを電気めっきすることによって格子ラメラの機械的安定性を保証するために、電気めっき後にレジストを剥ぎ取ることが計画される。実際に、有限要素法（ＦＥＭ）を使用したシミュレーションは、小さな屈曲半径に関して、上部ブリッジの材料が弾性レジームを離れ、延性レジームに入るというリスクさえも存在することを示している。これは、格子の均一性に関する特定のリスクであり、というのは、ブリッジの厚さにはばらつきが常に存在し、これはブリッジが異なる屈曲半径において延性レジームに入ることを暗示するからである。加えて、上部ブリッジに起因する応力が存在し、これは格子ラメラの許容しがたい傾斜につながる。
作成されたＸ線格子の機械的安定性を高めるために、図１は、Ｘ線暗視野撮像のための及び／又はＸ線位相コントラスト撮像のための撮像装置のためのＸ線格子を製造するための方法１００のフローチャートを図示する。以下のステップは、図２Ａ～図２Ｇにおける例示的な実施形態を参照しても説明されている。
ステップ１１０、すなわちステップａ）において、平坦なサンプル上に複数の周期的に配置された格子ウェブと格子開口とを有するレジスト陰性格子が製造される。図２Ａはレジスト陰性格子１０の実施例の斜視図を示し、図２ＢはＸＺ平面におけるレジスト陰性格子１０の正面図を示す。レジスト陰性格子１０は、シリコン基板などの平坦なサンプル１６上に複数の周期的に配置された格子ウェブ１２と格子開口１４とを有する。格子ウェブ１２は、レジストラメラとも称される。格子ウェブ１２はレジスト構造を形成し、これは高分子構造である。周期的に配置された格子ウェブ１２の形状、サイズ、及び／又はパターンは、所望のＸ線格子の構造に基づいて決定される。図２Ａの実施例において、レジスト陰性格子１０は、１次元的格子を製作するためのレジスト構造を有する。別の実施例（不図示）において、パターンは、正方形パターンの周期的な構造によって構成され、その周期はおよそ１μｍから１０μｍであり、その高さはおよそ２００μｍよりも大きい。レジスト陰性格子１０は、レジストを安定化させるための安定化構造も有する（不図示）。安定化構造の一例はブリッジ構造である。安定化構造の別の例は太陽光線構造である。
ステップ１２０、すなわちステップｂ）において、平坦なサンプル上の格子開口は、電気めっきによって、格子ラメラを形成するために格子ウェブの高さまで電気めっきを継続することによって充填される。図２Ｃにおいて示されるように、格子ラメラ１８、すなわち金属微細構造は、レジスト陰性格子１０を型枠として使用しつつ、平坦なサンプル１６の表面２０から金属によってレジスト陰性格子１０の格子開口１４を電解めっきすることによって形成される。結果として、レジスト陰性格子１０の格子開口１４内、すなわち凹部内に精細な金属微細構造が製作され得る。金属は、具体的にはＡｇ又はＭｏなどのＸ線吸収金属であり、好ましくは、Ｐｂ、Ｂｉ又はＷなどの高吸収係数を有する金属である。Ｘ線吸収金属は、電解めっきによる微細構造の形成も可能とすることが好ましい。しかしながら、異なる材料の電気めっき性能は、非常に異なっている。従って、金属選択は、Ｘ線吸収性能と電気めっき性能との間のトレードオフになる。
ステップ１３０、すなわちステップｃ）において、レジスト陰性格子の上部にフォームが加工される。フォームは、格子ウェブに実質的に垂直な上部ブリッジの導入を可能とする。例えば、図２Ｄは、ＹＺ平面におけるレジスト陰性格子１０の側面図を示す。フォーム２６はレジスト陰性格子１０の上部２２に加工される。フォーム２６は、上部ブリッジの幅の矩形状の又は任意の他の適切な形状の１つ又は複数の小さなトレンチ又は開口を有する。これはレーザーによって加工される。他の選択肢としては、マスクと特有のエッチングとの組み合わせがある。フォームは、更に、機械的安定化のための及び既存の格子ウェブ１２の界面を上部ブリッジへと電気めっきすることを可能とするような汚れのない界面のための最適化された機能を達成するように加工される。フォーム２６が作られると、格子ラメラ１８はトレンチ又は開口によって接続され、これは、上部ブリッジを形成するために充填され得る。
ステップ１４０、すなわちステップｄ）において、レジスト陰性格子は所望の半径に屈曲される。屈曲されたレジスト陰性格子１０の実施例が図２Ｅに図示されており、これもＸＺ平面におけるレジスト陰性格子１０の前面図を示す。屈曲は、正屈曲（不図示）、すなわち、レジスト陰性格子の上側辺が圧縮され、下側辺が延伸する屈曲であってよく、又は、図２Ｅにおいて示されているような負屈曲、すなわち、レジスト陰性格子の上側辺が延伸し、下側辺が圧縮される屈曲であってよいことにも留意されたい。
ステップ１５０、すなわちステップｅ）において、レジスト陰性格子を屈曲させた後に、レジスト陰性格子を屈曲させた後に上部ブリッジを形成するために電気めっきによってフォームが充填される。図２Ｆは、ＹＺ平面におけるレジスト陰性格子の側面図を示す。上部ブリッジ２４は、レジスト陰性格子１０の上部２２に形成される。上部ブリッジ２４の電気めっきは、屈曲された幾何学的形状において行われなければならないので、Ｇ０構造のために、一方において、最終的な半径への正確な屈曲を可能とし、Ｘ線チューブに近接した撮像装置における取り付け位置に適合したフレーム（不図示）が必要とされる。他方において、屈曲後の電気めっきは、上部ブリッジの領域に限定されなければならず、フレームの他の表面に施されてはならない。電気めっきが適用されるべきではない領域を保護するために、プラスチック、ガラス、又はセラミックのような非導電性材料などの特別な材料が使用される。代替的に、電気めっきが適用されるべきではない領域を保護するために、非導電性被覆フレームが使用される。換言すれば、露出した表面は、レジスト陰性格子１０の上部２２の上部ブリッジの領域に限定され、レジスト陰性格子の裏面を含む他の部分は全て非導電性材料によって又は非導電性被覆フレームによって覆われる。従って、電解めっきにおいて、金属は露出した表面、すなわち上部ブリッジの領域からだけ蒸着され得る。
オプションとして、格子ラメラ１８の間のレジスト陰性格子１０は、電気めっきを実施した後、すなわちステップ１５０の後に除去される。
図２Ｇは、レジストを剥がした後に上記及び下記に説明された方法によって製造されたＸ線格子３０の実施例を図示する。例示的な目的のために、図２Ｇにおいては屈曲は外向きに図示されているが、所望の屈曲方向は内向きである。複数の上部ブリッジ２４が、格子ラメラ１８の上部に導入される。機械的安定性を保証するために、上部ブリッジ２４は、格子ラメラ１８に対して実質的に垂直である。上部ブリッジ２４の形状、サイズ、及び／又はパターンは、撮像装置におけるＸ線格子の動作条件において達成されるべき所望の機械的安定性に基づいて決定される。前述されたように、上部ブリッジは、撮像装置におけるＸ線格子の動作条件における機械的応力を低減するように適合された形状を有する。上部ブリッジの材料も、生成される応力に対して影響を有するように選択される。上部ブリッジの所望の形状及び／又は材料を見つけるためにＦＥＭシミュレーションが有用である。
このようにして、上部ブリッジに対する不所望の高い応力が、製作プロセスにおける変更、特には、屈曲後に上部ブリッジに電気めっきすることによって防止され得る。上記の方法によって製造される微細構造では、上部ブリッジに対する応力がより小さくなる。故に、大きな屈曲半径に関して、上部ブリッジの材料が弾性レジームを離れ、延性レジームに入るというリスクの存在が小さくなる。これは、格子の均一性のために特に有益であり、というのは、上部ブリッジの厚さにはばらつきが常に存在するからである。換言すれば、微細構造の均一性は、撮像システムの動作中に温度変化及び機械的振動を受けることが少なくなる。故に、微細構造の機械的安定性が向上される。
上記の動作は、適用可能な場合には、例えば上部ブリッジが電気めっきされる前に屈曲させるなど必要とされる特定の順序に従うことを条件に、任意の適切な順序で、例えば、連続して、同時に、又はこれらの組み合わせにおいて実施されてよいことが理解されよう。
故に、処理ステップのうちのいくつかを交換することができる。例えば、ステップｂ）とステップｃ）とを入れ替えることもできる。処理は以下のようになる：ａ）→ｃ）→ｂ）→ｄ）→ｅ）。別の実施例において、レジスト陰性格子をより早期に屈曲させること、すなわち、屈曲の後に格子ラメラの電気めっきも行うこともできる。処理は以下のようになる：ａ）→ｃ）→ｄ）→ｂ）とｅ）との組み合わせ。つまり、上部ブリッジが電気めっきされる前にレジスト陰性格子を屈曲させるという基本的なアイディアは維持されている。
Ｘ線格子の動作条件において上部ブリッジの機械的安定性を最適化するために更なる手法が使用される。
例として、一般的に、電気めっきに関して、良好なめっき条件を可能とするように温度が選択されなければならない。しかしながら、ステップ１５０における電気めっきのための温度は、Ｘ線格子の幾何学的形状変化及び／又は機械的応力が、撮像装置におけるＸ線格子の動作条件において最小であるか又は最小に近くなるように選択される。例えば、撮像装置におけるＸ線格子の動作条件における温度変化及び／又は機械的振動に起因して幾何学的形状変化及び機械的応力に対して有する影響がより小さくなるようにＸ線格子の完全な設計を最適化することが考慮される。最適化は、電気めっきされた上部ブリッジの特性及びそれらの処理条件に対する関係に基づいて実行される。例えば、電気めっきのための温度は、予期される応力状態を解決するために、電気めっきされた上部ブリッジの所望の機械的特性を達成するように選択される。
しかしながら、良好なめっき条件を可能とするための最適な電気めっき温度と電気めっきされた上部ブリッジの所望の機械的特性を達成するための最適な電気めっき温度とは異なる。従って、良好なめっき条件を可能とすることと予期される応力状態を解決することとの間で全体的なトレードオフが選択される。
別の例として、上部ブリッジの特別な形状が動作条件における応力を最小化し、電気めっき条件の経時変化など、上部壁部界面領域を前処理するように、及び／又は後処理によって準備される。上部ブリッジの形状（又は幾何学的形状）は、ブリッジ設計の剛性に依存して、温度膨張を可能とするがラメラのより小さな変形しか可能としないような厚さのばらつき及びブリッジ輪郭の最適化によって最適化される。バネのように僅かに屈曲されたブリッジは、ゼロ公差距離と比べて、ラメラへの界面における応力を最小化し得る。形状は、撮像装置におけるＸ線格子の動作条件における機械的応力を低減するために、例えば、チューブの温度範囲、システムの振動、チューブの位置決め中のＧ力などに従って適合される。
更なる例として、格子ウェブは、通常、Ａｕなどの高Ｘ線吸収材料において作成される。材料の適合性のために、ブリッジも同一の材料で作成することには意味がある。これは、上部ブリッジに起因する吸収が撮像性能に影響を有するという問題を生じる。従って、例えばニッケルのようなより吸収の小さい材料において上部ブリッジを電気鋳造することが有益である。上部ブリッジの材料の選択も、生成される応力に対して影響を有する。従って、材料の選択は、撮像特性と屈曲された幾何学的形状におけるブリッジの安定化効果のための機械的特性との間のトレードオフである。
以下において、Ｘ線タルボット干渉法を利用する撮像装置が、図３を参照して説明される。図３は、ソース格子Ｇ０、回折格子Ｇ１、及び吸収格子Ｇ２のうちの少なくとも１つとして、上述された例示的な実施形態又は実施例において製作された微細構造を使用する撮像装置２００の構成を概略的に示す。
この例示的な実施形態による撮像装置２００は、ソース格子Ｇ０の補助によって空間的に干渉性のＸ線を射出するためのＸ線源２１０と、Ｘ線の位相を周期的に変調するための回折格子Ｇ１と、Ｘ線吸収部分（シールド部分）及び透過部分が配置された吸収格子Ｇ２と、Ｘ線を検知するための検知器２２０とを含む。ソース格子Ｇ０、回折格子Ｇ１、及び吸収格子Ｇ２のうちの任意のものは、上述された例示的な実施形態又は実施例によって製作された微細構造を備える。好ましくは、少なくともソース格子Ｇ０は微細構造を備え、このことは、ソース格子Ｇ０の機械的安定性を向上させ得、故に、画像品質を向上させ得る。
撮像装置は、医療用又は非医療用撮像装置である。撮像装置は、平面Ｘ線のような静的な幾何学的形状及び／又は回転ＣＴのようなシステムである。
前述されたように、微細構造の均一性は、撮像装置の動作中に温度変化及び機械的振動を受けることが少なくなる。故に、撮像装置によって検知される位相情報は、撮像装置の動作中に温度変化及び機械的振動を受けることが少なくなる。換言すれば、撮像装置の動作中の位相検知における不確かさが低減され、画像品質が向上される。
図４は、Ｘ線位相コントラスト及び／又は暗視野撮像を実施するための方法３００のフローチャートを示す。以下のステップは、図４における例示的な撮像装置２００を参照しても説明されている。
ステップ３１０において、ソース格子Ｇ０と回折格子Ｇ１との間に対象者５０が位置付けられる。代替的に、回折格子Ｇ１と吸収格子Ｇ２との間に対象者５０が位置付けられる。
ステップ３２０において、対象者５０に対してＸ線ビーム５２が射出される。
ステップ３３０において、対象者５０に起因するＸ線位相シフトに関する情報がモアレパターンとして検知器２２０によって検知される。換言すれば、この撮像装置は、対象者５０の位相情報を保持するモアレパターンを撮像することによって対象者５０の画像をキャプチャする。この検知結果に基づくフーリエ変換などの位相回復処理の実行は、対象者の位相画像の取得を可能とする。位相検知のための追加的な処理が、知られた位相コントラスト検知技術に従って行われる。
本発明の実施形態は、異なる主題に関して説明されていることが留意されなければならない。特には、いくつかの実施形態は方法タイプの請求項に関して説明されている一方、他の実施形態はデバイスタイプの請求項に関して説明されている。しかしながら、当業者は、上記及び下記の説明から、そうでないと通知されていない限り、１つのタイプの主題に属する特徴の任意の組み合わせに加えて、異なる主題に関連する特徴の間の任意の組み合わせも、本出願によって開示されると見なされることを理解されよう。しかしながら、全ての特徴は、特徴を単に加え合わせたよりも多くの相乗効果を提供するように組み合わされ得る。
図面及び前述の説明において、本発明は詳細に図示及び説明されたが、このような図示及び説明は、解説的又は例示的なものであって、限定するためのものではないと見なされるべきである。本発明は、開示された実施形態に限定されるものではない。開示された実施形態に対する他の変形例が、特許請求された発明を実践するにあたり、図面、本開示及び従属請求項を検討することによって、当業者によって理解され得、実施され得る。
特許請求の範囲において、「備える、有する」という語は、他の要素又はステップを排除するものではなく、単数形は複数性を排除するものではない。単一のプロセッサ又は他のユニットが、請求項に記載されたいくつかのアイテムの機能を果たし得る。特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、これら手段の組み合わせが有利に使用され得ないことを示すものではない。特許請求の範囲における任意の参照符号は、範囲を限定するものと解釈されるべきではない。
Claims (12)
- Ｘ線暗視野撮像用及び／又はＸ線位相コントラスト撮像用撮像装置のＸ線格子を製造するための方法であって、前記方法は、
ａ）平坦なサンプル上に複数の周期的に配置された格子ウェブと格子開口とを有するレジスト陰性格子を製造するステップと、
ｂ）前記平坦なサンプル上の前記格子開口を、電気めっきによって充填するステップであって、前記格子ウェブの高さまで前記電気めっきを継続することによって格子ラメラを形成する、充填するステップと、
ｃ）前記レジスト陰性格子の上部に、前記格子ウェブに実質的に垂直な上部ブリッジの導入を可能とするフォームを加工するステップと、
ｄ）前記レジスト陰性格子を所望の半径まで屈曲させるステップと、
ｅ）前記レジスト陰性格子を屈曲させた後に、前記上部ブリッジを形成するために電気めっきによって前記フォームを充填するステップと
を有する、方法。 - 前記電気めっきを実施した後に、前記格子ラメラの間の前記レジスト陰性格子を除去するステップを更に有する、請求項１に記載の方法。
- ステップｄ）において、前記所望の半径までの前記レジスト陰性格子の正確な屈曲を可能とするフレームが提供される、請求項１又は２に記載の方法。
- 前記フレームの屈曲半径は、Ｘ線チューブに近接した前記撮像装置における取り付け位置に適合している、請求項３に記載の方法。
- 前記フレームは非導電性材料であるか、又は前記フレームは非導電性材料によって完全に覆われている、請求項３又は４に記載の方法。
- ステップｅ）は、前記電気めっきのための温度を選択するステップを更に有し、選択される前記温度は、前記Ｘ線格子の幾何学的形状変化及び／又は機械的応力が、前記撮像装置における前記Ｘ線格子の動作条件において最小であるか又は最小に近くなるように選ばれる、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
- 前記上部ブリッジは、前記上部ブリッジに起因する機械的応力が、前記撮像装置における前記Ｘ線格子の動作条件において最小であるか又は最小に近くなるような形状に形成される、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
- 前記上部ブリッジ及び前記格子ラメラは、同一の材料から作成される、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
- 前記格子ラメラは、高Ｘ線吸収材料において電気めっきされ、
前記上部ブリッジは、低Ｘ線吸収材料において電気鋳造される、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。 - 前記レジスト陰性格子は、前記格子ウェブを安定化させるための複数の安定化構造を備える、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
- 前記安定化構造は、ブリッジ構造及び／又は太陽光線構造を備える、請求項１０に記載の方法。
- ステップｄ）における前記屈曲は、正屈曲又は負屈曲である、請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。
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