(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線干渉イメージングシステムであって、
真空チャンバと、
電子ビーム放出器と、
ターゲットと、を有するＸ線源であって、
前記ターゲットは、
第１の材料を有する基板と、
前記基板に埋め込まれ、前記電子ビーム放出器からの複数の電子によって照射されると電子照射に応じて複数のＸ線を生成する第２の材料を含み、複数のＸ線の複数のサブ線源の周期的パターン内に配置されている、少なくとも複数の離散構造と、を含む、Ｘ線源と、
Ｘ線の複数のサブ線源の前記周期的パターンによって発せられた複数のＸ線を回折するように位置付けられたＸ線位相シフト格子を形成する複数の周期構造を有するビーム分割Ｘ線格子であり、前記複数のＸ線は前記ビーム分割Ｘ線格子と相互作用してＴａｌｂｏｔ干渉パターンを形成する、前記ビーム分割Ｘ線格子と、
結像される対象物を保持するよう構成されたステージと、
複数のＸ線検出素子の２次元配列を有し、前記ビーム分割Ｘ線格子によって回折され且つ結像される前記対象物によって摂動された前記複数のＸ線を検出するように位置付けられたＸ線検出器と、
前記ビーム分割Ｘ線格子と前記Ｘ線検出器との間に位置付けられた複数のＸ線吸収構造の周期的配列を有する散乱防止用グリッドであり、前記複数のＸ線吸収構造は前記Ｔａｌｂｏｔ干渉パターンの複数のノードと位置合わせされている、前記散乱防止用グリッドと、を備える、Ｘ線干渉イメージングシステム。
【請求項２】
前記Ｘ線位相シフト格子は、予め定められたＸ線波長に対し、およそπラジアンの位相シフトを導入する複数の構造を有する、請求項１に記載のＸ線干渉イメージングシステム。
【請求項３】
前記Ｘ線位相シフト格子は、予め定められたＸ線波長に対し、およそπ／２ラジアンの位相シフトを導入する複数の構造を備える、請求項１に記載のＸ線干渉イメージングシステム。
【請求項４】
前記Ｘ線位相シフト格子の周期ｐ１が、
ｐ１＜λＬ／ａ
によって前記周期方向における前記ターゲットの前記複数の離散構造のうち少なくとも１つの離散構造の前記複数の周期構造の周期方向における寸法ａに関連し、ここで、λは、予め定められたＸ線波長であり、Ｌは、前記ターゲットと前記ビーム分割Ｘ線格子との間の距離である、請求項１から３のいずれか一項に記載のＸ線干渉イメージングシステム。
【請求項５】
前記散乱防止用グリッドの前記複数のＸ線吸収構造は、スズ、白金、金、タングステン、タンタル、モリブデン、ニッケル、鉛、銅およびガドリニウムから成る群から選択される材料を含む、請求項１から４のいずれか一項に記載のＸ線干渉イメージングシステム。
【請求項６】
前記散乱防止用グリッドは、Ｘ線透明材料を含む基板をさらに有する、請求項１から５のいずれか一項に記載のＸ線干渉イメージングシステム。
【請求項７】
前記複数のＸ線吸収構造の１または複数は、前記複数のＸ線吸収構造の間の間隙の幅の５倍より高い高さを有する、請求項１から６のいずれか一項に記載のＸ線干渉イメージングシステム。
【請求項８】
前記複数のＸ線吸収構造の周期は、前記Ｔａｌｂｏｔ干渉パターンの横方向の周期の整数倍である、請求項１から７のいずれか一項に記載のＸ線干渉イメージングシステム。
【請求項９】
前記散乱防止用グリッドと前記Ｘ線検出器との間に配置されたＸ線吸収材料を有する第２の散乱防止用グリッドをさらに備える、請求項１から８のいずれか一項に記載のＸ線干渉イメージングシステム。
【請求項１０】
前記Ｘ線検出器は、予め定められた分数のＴａｌｂｏｔ距離において位置付けられ、前記複数のＸ線検出素子は、前記Ｔａｌｂｏｔ干渉パターンの複数のアンチノードと位置合わせされる、請求項１から９のいずれか一項に記載のＸ線干渉イメージングシステム。
【請求項１１】
前記Ｘ線検出器は、予め定められた分数のＴａｌｂｏｔ距離において位置付けられ、前記複数のＸ線検出素子は、前記Ｔａｌｂｏｔ干渉パターンの複数のノードと位置合わせされる、請求項１から９のいずれか一項に記載のＸ線干渉イメージングシステム。
【請求項１２】
複数の第２のＸ線検出素子を有する第２のＸ線検出器であって、前記第２のＸ線検出器は第２の予め定められた分数のＴａｌｂｏｔ距離に位置付けられ、前記複数の第２のＸ線検出素子は、前記Ｔａｌｂｏｔ干渉パターンの前記複数のノードと位置合わせされる、前記第２のＸ線検出器をさらに備える、
請求項１０に記載のＸ線干渉イメージングシステム。
【請求項１３】
前記Ｔａｌｂｏｔ干渉パターンのコントラストは、２０％より高い、請求項１から１２のいずれか一項に記載のＸ線干渉イメージングシステム。
【請求項１４】
前記第２の材料および前記第１の材料についての比（Ｚ２ρ２）／（Ｚ１ρ１）は、１２より大きく、Ｚ１およびρ１はそれぞれ前記第１の材料の原子番号および質量密度であり、Ｚ２およびρ２はそれぞれ前記第２の材料の原子番号および質量密度である、請求項１から１３のいずれか一項に記載のＸ線干渉イメージングシステム。
【請求項１５】
前記第１の材料は、ベリリウム、ダイアモンド、グラファイト、ケイ素、窒化ホウ素、炭化ケイ素、サファイア、およびダイアモンド状炭素から成る群から選択される、請求項１から１４のいずれか一項に記載のＸ線干渉イメージングシステム。
【請求項１６】
前記第２の材料は、鉄、コバルト、ニッケル、銅、ガリウム、亜鉛、イットリウム、ジルコニウム、モリブデン、ニオブ、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、スズ、イリジウム、タンタル、タングステン、インジウム、セシウム、バリウム、金、白金、鉛、およびこれらの組み合わせおよびこれらの合金から成る群から選択される、請求項１から１５のいずれか一項に記載のＸ線干渉イメージングシステム。
【請求項１７】
前記複数の離散構造は、類似の形状を有する、請求項１から１６のいずれか一項に記載のＸ線干渉イメージングシステム。
【請求項１８】
前記類似の形状は、正角プリズム、直角長方プリズム、立方体、三角プリズム、台形プリズム、ピラミッド型、四面体、円柱、球体、卵形、およびたる形から成る群から選択される、請求項１７に記載のＸ線干渉イメージングシステム。
【請求項１９】
前記複数の離散構造の前記周期的パターンは正方格子であり、前記複数の離散構造のうち１または複数の離散構造の少なくとも一次元の幅は、１０ミクロン未満である、請求項１から１８のいずれか一項に記載のＸ線干渉イメージングシステム。
【請求項２０】
前記複数の離散構造の前記周期的パターンは、一式の平行な線であり、前記複数の離散構造のうち１または複数の離散構造の一次元における幅は、１０ミクロン未満であり、鉛直の次元における長さは２０ミクロンを超える、請求項１から１９のいずれか一項に記載のＸ線干渉イメージングシステム。
【請求項２１】
前記ターゲットは、前記真空チャンバのためのウィンドウとしても機能する、請求項１から２０のいずれか一項に記載のＸ線干渉イメージングシステム。
【請求項２２】
前記Ｘ線検出器は、シンチレータおよび複数の電荷結合素子（ＣＣＤ）の配列を有する、請求項１から２１のいずれか一項に記載のＸ線干渉イメージングシステム。
【請求項２３】
前記第２のＸ線検出器は、シンチレータおよび複数の電荷結合素子（ＣＣＤ）の配列を有する、請求項１２に記載のＸ線干渉イメージングシステム。
【請求項２４】
前記対象物は、前記ビーム分割Ｘ線格子と前記Ｘ線検出器との間に位置づけられる、請求項１から２３のいずれか一項に記載のＸ線干渉イメージングシステム。
【請求項２５】
前記ビーム分割Ｘ線格子の前記複数の周期構造は、市松模様パターンに配列される、請求項１から２４のいずれか一項に記載のＸ線干渉イメージングシステム。
【請求項２６】
前記複数のＸ線検出素子の複数の寸法および位置は、前記Ｔａｌｂｏｔ干渉パターンの複数の寸法に対応するように選択される、請求項１から２５のいずれか一項に記載のＸ線干渉イメージングシステム。
【請求項２７】
前記複数のＸ線吸収構造が前記Ｔａｌｂｏｔ干渉パターンの複数のノードと位置合わせされるように前記散乱防止用グリッドを位置するよう構成されたコントローラをさらに備える、請求項１から２６のいずれか一項に記載のＸ線干渉イメージングシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願への相互参照］  本出願は、２０１４年１０月２９日に出願された「Ｘ―ＲＡＹ  ＩＮＴＥＲＦＥＲＯＭＥＴＲＩＣ  ＩＭＡＧＩＮＧ  ＳＹＳＴＥＭ」という名称の米国特許出願第１４／５２７，５２３号の一部継続出願であって、これは、２０１３年１０月３１日に出願された「Ｘ―ｒａｙ  Ｐｈａｓｅ  Ｃｏｎｔｒａｓｔ  ｉｍａｇｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ」という名称の米国仮特許出願第６１／８９８，０１９号、２０１３年１１月７日に出願された「Ａｎ  Ｘ―ｒａｙ  Ｓｏｕｒｃｅ  Ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ｏｆ  ＡＮ  Ａｒｒａｙ  ｏｆ  Ｆｉｎｅ  Ｓｕｂ−Ｓｏｕｒｃｅｓ」という名称の米国仮特許出願第６１／９８１，０９８号、および、２０１４年４月１７日に出願された「Ｔｗｏ  Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  Ｐｈａｓｅ  Ｃｏｎｔｒａｓｔ  Ｉｍａｇｉｎｇ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ」という名称の米国特許仮出願第６１／９０１，３６１号の利益を主張し、これらの全ては本明細書において、これらの全体における参照によって組み込まれる。本出願は、２０１４年５月１日に出願された「ＭＥＴＨＯＤＳ  ＯＦ  ＲＥＤＵＣＩＮＧ  ＳＣＡＴＴＥＲ  ＲＡＤＩＡＴＩＯＮ  ＵＳＩＮＧ  ＴＡＬＢＯＴ  ＥＦＦＥＣＴ」という名称の米国特許仮出願第６１，９８７，１０６号、２０１４年５月７日に出願された「Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｏｆ  Ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒ  ＭＴＦ  ａｎｄ  ＤＱＥ  ａｎｄ  Ｒｅｄｕｃｉｎｇ  Ｓｃａｔｔｅｒ  Ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ  ｏｆ  ａｎ  Ｘ―ｒａｙ  Ｉｍａｇｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｕｓｉｎｇ  Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ  Ｅｆｆｅｃｔ」という名称の米国特許仮出願第６１／９８９，７４３号、２０１４年５月１２日に出願された「Ｍｅｔｈｏｄ  ｏｆ  Ｓｉｎｇｌｅ―Ｓｈｏｔ  Ｉｍａｇｉｎｇ  ｔｏ  Ｏｂｔａｉｎ  Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ｐｈａｓｅ，  ａｎｄ／ｏｒ  Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ,  ａｎｄ／ｏｒ  Ｐｈａｓｅ  Ｃｏｎｔｒａｓｔ  Ｉｍａｇｅｓ」という名称の米国特許仮出願第６１／９９１、８８９号、および２０１４年５月１５日に出願された「Ｍｅｔｈｏｄ  ｏｆ  Ｔａｌｂｏｔ  Ｅｆｆｅｃｔ  ｂａｓｅｄ  Ｘ―ｒａｙ  Ｉｍａｇｉｎｇ  ｗｉｔｈ  Ｈｉｇｈ  Ｉｍａｇｅ  Ｃｏｎｔｒａｓｔ  ａｎｄ  Ｄｅｓｉｇｎ  ｏｆ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  Ｕｓｉｎｇ  Ｓｕｃｈ」という名称の米国特許仮出願第６１／９９３，８１１号の利益をさらに主張し、これらの全ては、本明細書において、それらの全体における参照によって組み込まれる。本出願は、２０１４年１０月３０日に出願された特許協力条約出願番号ＰＣＴ／ＵＳ２０１４／０６３１６４に対する優先権を主張し、その利益を主張し、それはこれにより、その全体における参照によって組み込まれる。
［分野］
【０００２】
本明細書において開示される本発明の複数の実施形態は、Ｘ線を用いた干渉イメージングシステムに関し、特に、位相コントラスト画像を生成するためのＸ線の高輝度光源を備える干渉イメージングシステムに関する。高輝度Ｘ線源は、低い原子番号の材料の熱伝導基板に埋め込まれたＸ線発生材料の周期的微細構造を有するアノードまたはターゲットを使用してよい。
【背景技術】
【０００３】
１８９５年のレントゲン（Ｗ.Ｃ.Ｒｏｎｔｇｅｎ,「Ｅｉｎｅ  Ｎｅｕｅ  Ａｒｔ  ｖｏｎ  Ｓｔｒａｈｌｅｎ」（Ｗｉｉｒｚｂｕｒｇ  Ｖｅｒｌａｇ、１８９６年）、「Ｏｎ  ａ  Ｎｅｗ  Ｋｉｎｄ  ｏｆ  Ｒａｙｓ」Ｎａｔｕｒｅ,  第５３巻、第２７４‐２７６頁（１８９６年１月２３日））によるＸ線の最初の発見は、レントゲンが、真空管における複数のターゲットの電子衝突を用いて実験していたときに起こった。カルシウム（原子番号Ｚ＝２０）を含む骨からの吸収と、ほとんど炭素（Ｚ＝６）を含む軟組織からの吸収との間のコントラストは、直ぐにはっきりと表れた。なぜならば、５ｋｅＶから３０ｋｅＶの間のＸ線エネルギーにおけるそれら２つの材料の吸収の間の差異が、図１で示されるように、１０以上の因子によって異なり得るからである。これらの高エネルギーで短波長の光子は、現在では、医学的応用および診断評価、並びにセキュリティ検査、工業検査、品質管理および故障解析、さらに結晶学、トモグラフィ、Ｘ線蛍光分析、および同様のもの等の科学的応用に、日常的に使用されている。
【０００４】
Ｘ線のシャドーグラフ（ｓｈａｄｏｗｇｒａｐｈ）は、標準的な医学的診断ツールとなっているものの、単純な吸収コントラストイメージングには複数の問題がある。特に、マンモグラム等のテストについて、生体組織における複数の変化が、微妙なＸ線吸収画像コントラストのみにおいて生じ得、複数の腫瘍または異常組織の明確な検出を難しくする。
【０００５】
過去１０年間において、新たな種類のＸ線イメージング方法論が、Ｘ線位相コントラスト干渉法に基づいて出現してきた。その方法は、もともと１８３７年に認められ、１８８１年にＬｏｒｄ  Ｒａｙｌｅｉｇｈによって完全に説明された（Ｌｏｒｄ  Ｒａｙｌｅｉｇｈによる「Ｏｎ  ｃｏｐｙｉｎｇ  ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ  ｇｒａｔｉｎｇｓ  ａｎｄ  ｓｏｍｅ  ｐｈｅｎｏｍｅｎａ  ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ  ｔｈｅｒｅｗｉｔｈ」、Ｐｈｉｌｏｓ．Ｍａｇ．第１１巻、第１９６−２０５頁（１８８１年））、周知のＴａｌｂｏｔ干渉効果（Ｈ．Ｆ．Ｔａｌｂｏｔによる「Ｆａｃｔｓ  ｒｅｌａｔｉｎｇ  ｔｏ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｓｃｉｅｎｃｅ  Ｎｏ.ＩＶ」、Ｐｈｉｌｏｓ．Ｍａｇ．第９巻、第４０１−４０７頁、１８３６年）に依存する。
【０００６】
この効果は、図２に示される。周期ｐの吸収格子Ｇについて、十分なコヒーレンスを有する波長λの単色ビームからの回折パターンは、Ｔａｌｂｏｔ距離ＤＴとして知られる距離の複数の倍数において、（「セルフイメージ」として知られる）元の格子パターンを再構成する繰返し干渉パターンを形成する。入射ビームが（格子Ｇから無限の距離に配置された発生源と同等の）平面波である場合、ＤＴは：
【数１】
0006529984.tif 000002
によって与えられる。
【０００７】
格子ＧとＴａｌｂｏｔ距離との間に、複数の他の周期干渉パターンも現れる。複数のＴａｌｂｏｔ縞の周期性および位置は、位相シフト量および吸収の割合を含む格子Ｇの透過特性、および格子のライン・ツー・スペース（開口）比またはデューティ比に依存する。例えば、周期吸収格子について、格子周期の半分の横方向のシフトを用いて元の格子パターンを再構成する縞パターンは、図２に示されるように、Ｔａｌｂｏｔ距離の半分、つまりＤＴ／２において生じ、元の格子周期の半分の周期を有する縞パターンは、Ｔａｌｂｏｔ距離の４分の１、つまりＤＴ／４で、およびＴａｌｂｏｔ距離の４分の３、つまり３ＤＴ／４で生じる。これらの２−Ｄ干渉パターンは、これらの複雑なパターンが装飾のオリエンタルカーペットに類似しているため、「Ｔａｌｂｏｔカーペット」と呼ばれる場合がある。（注記：図２の光学的Ｔａｌｂｏｔカーペットのこの画像は、Ｂｅｎ  Ｇｏｏｄｍａｎにより作成されたファイルから編集され、＜ｈｔｔｐ://ｃｏｍｍｏｎｓ.ｗｉｋｉｍｅｄｉａ.Ｏｒｇ/ｗｉｋｉ/Ｆｉｌｅ:Ｏｐｔｉｃａｌ_Ｔａｌｂｏｔ_Ｃａｒｐｅｔ.ｐｎｇ＞で入手可能である。
【０００８】
図３および図４は、Ｘ線２８８の部分的にコヒーレントな光源２００（ミクロフォーカス源として示される）および一式のＴａｌｂｏｔ干渉縞パターン２８９を確立する周期ｐ１のビーム分割格子Ｇ１２１０を備える従来技術のＴａｌｂｏｔ干渉計を示す。Ｘ線源のコヒーレンス長は、好ましくは、ビーム分割格子Ｇ１２１０の周期ｐ１に匹敵するか、またはそれより大きく定められ、そうすることで、Ｔａｌｂｏｔ干渉縞は、高コントラストを有するであろう（Ｔａｌｂｏｔ縞は、縞コントラストが、例えば２０％より高い場合、良好に定義され得る）ことに留意されるべきである。ビーム分割格子２１０は、図２に示されるような複数の強度縞を形成する振幅（吸収または透過としても知られる）格子であってもよいが、より典型的には、周期Ｔａｌｂｏｔ縞２８９も形成する、Ｘ線パターンに対して周期段階シフトを導入する、照明Ｘ線の効率的な使用のための位相格子である。以下、本出願において、透過回折格子は、格子ラインを通るＸ線透過が１０％未満である複数の格子を説明するのに使用され、位相格子は、複数の格子ラインを通る位相シフトが、πの何分の１（例えば、１／２）または奇数の整数倍である複数の格子を説明するのに使用されるであろう。
【０００９】
複数のＴａｌｂｏｔ縞２８９は、好ましくは、Ｔａｌｂｏｔ縞周期の１／３に等しいか、またはそれより良い空間分解能を有し、高いＸ線量子検出効率を有するＸ線検出器２９０を用いて検出される。検出器２９０は、Ｘ線強度パターンを、コネクタ２９１を介して画像処理システム２９５へ送信される複数の電子信号へと変換する。対象物がビーム経路に配置される場合、画像処理システム２９５は、吸収、位相、および散乱コントラスト画像を取得すべく、Ｘ線強度パターン強度情報２９８を処理するのに使用される。 
【００１０】
実際、検出器２９０（平面パネル検出器、またはＸ線を可視光に変換するシンチレータに結合された電荷結合素子（ＣＣＤ）検出器等）の空間分解能は、しばしば、何十マイクロメートルのオーダーであるか、またはそれより大きく、Ｔａｌｂｏｔ縞２８９は、検出器２９０で直接検出するには微細過ぎるかもしれない。この場合、周期ｐの分析格子Ｇ２２２０が、しばしばモアレ縞を生成するのに使用される。画像の完全なセットを記録すべく、分析格子２２０は、格子周期に直交する複数の予め定められた距離を、検出器に対しておそらく動かされ、「位相ステッピング」と呼ばれる工程において複数の干渉パターンを収集するか、またはそれほど一般的ではないが、Ｇ１に対して小さな角度で回転させられ、フーリエ解析のためのシングルショット画像においてモアレパターンを取得する。その１または複数の画像は、次に、波面を再構成すべく処理され、それらを生成した複数の対象物の形状、構造および組成を決定する。
【００１１】
分析格子２２０を物理的に動かす代わりに、位相シフト情報の収集を可能にする複数の干渉画像の変換を生じさせるべく、Ｘ線源の位置も変位され得ることにも留意されたい。これは、Ｘ線の線源として機能する、Ｘ線発生材料を照射する電子ビームの位置を電子的に動かすことによって（例えば、Ｈ．Ｍｉａｏ他による「Ｍｏｔｉｏｎｌｅｓｓ  ｐｈａｓｅ  ｓｔｅｐｐｉｎｇ  ｉｎ  Ｘ―ｒａｙ  ｐｈａｓｅ  ｃｏｎｔｒａｓｔ  ｉｍａｇｉｎｇ  ｗｉｔｈ  ａ  ｃｏｍｐａｃｔ  ｓｏｕｒｃｅ」、米国科学アカデミー紀要、第１１０（４８）巻、第１９２６８‐１９２７２頁、２０１３年を参照）、または分析格子２２０の固定位置に対してＸ線源を物理的に動かすことによって、実現され得る。
【００１２】
これらの格子ベースのＸ線位相差イメージング（ＸＰＣＩ）技術は、概して、「格子ベース干渉法」（ＧＢＩ）と称される。
【００１３】
今までのところ示されるように、格子干渉計は、複数の干渉縞を生成するのみであり、これらの縞の解析は、既に知られている格子Ｇ１２１０の構造または照度ビームの波面を明らかにするであろう。しかしながら、対象物がＸ線ビームの経路に導入される場合、その対象物によって導入される波面の複数の変化は、モアレ縞として概して知られる複数のＴａｌｂｏｔ干渉縞のパターンの対応する変化をもたらす。干渉画像再構成技術が、次に、その波面を解析し、未知の対象物の構造を表す画像を再構成するのに使用され得る。
【００１４】
図５において、図３および４の従来技術のＴａｌｂｏｔ干渉計が、この場合は、光源２００とビーム分割格子Ｇ１２１０との間に配置されたマウス２４０−Ｍである生体試料のためのイメージング技術として使用されることが示される。コヒーレント光源２００からのＸ線２８８は、マウス２４０−Ｍおよびビーム分割格子Ｇ１２１０を通り抜け、摂動された一式のＴａｌｂｏｔ縞２８９−Ｍを生成する。局所的な複数の位相シフトは、分析格子Ｇ２２２０および検出器２９０によって分析される場合、局所的に透過した強度の複数の変化に変換する複数の角度の偏差を生成する。分析格子２２２０が複数の予め定められた位置によって置き換えられた状況のためにＸ線検出器２９０から複数の画像を収集することにより、干渉パターン２８９−Ｍを記録することが可能になる。 
【００１５】
前のように、検出器２９０は、Ｘ線強度パターンを、１または複数の画像２９８−Ｍを、コネクタ２９１を介して吸収、微分位相、位相および散乱コントラスト情報を生成するのに使用される画像処理システム２９５へ送信された複数の電子信号に変換する。研究中の対象物を有するまたは有さない、システムによって収集された複数の画像を含む複数の画像の数値処理が、マウス２４０−Ｍ等の複数の対象物を含む、それらを生成した複数の対象物の形状および構造を推測するのに使用され得る。記録された強度振動は、フーリエ級数によって表され得、適切な画像処理アルゴリズムを用い、微分位相シフトおよび吸収信号が抽出され得、対象物によるＸ線吸収、位相コントラストおよび散乱に対応する複数の画像が、合成され得る。（例えば、Ａ．Ｍｏｍｏｓｅ他、「Ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｘ―ｒａｙ  Ｔａｌｂｏｔ  ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ」、日本、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．第４２巻、Ｌ８６６−Ｌ８６８頁、２００３年、２００７年２月２０日に発行されたＡ．Ｍｏｍｏｓｅによる米国特許第７,１８０,９７９号、およびＴ．Ｗｅｉｔｋａｍｐ他による「Ｈａｒｄ  Ｘ―ｒａｙ  ｐｈａｓｅ  ｉｍａｇｉｎｇ  ａｎｄ  ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ  ｗｉｔｈ  ａ  ｇｒａｔｉｎｇ  ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ」、Ｐｒｏｃ．ＳＰＩＥ第５５３５巻、第１３７−１４２頁、２００４年、および「Ｘ―ｒａｙ  ｐｈａｓｅ  ｉｍａｇｉｎｇ  ｗｉｔｈ  ａ  ｇｒａｔｉｎｇ  ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ」、Ｏｐｔｉｃｓ  Ｅｘｐｒｅｓｓ第１３（１６）巻、第６２９６−６３０４頁、２００５年を参照。）
【００１６】
マウス２４０−Ｍ等の対象物が、図６に示されるように、ビーム分割格子Ｇ１２１０−Ａと分析格子Ｇ１２２０と検出器２９０との間に配置され得る、その他の構成が存在することに留意されるべきである。様々な位相および振幅格子を用いるか、または分析格子２２０を用いずに、より高い分解能画素を有する検出器２９０を用いるその他の構成も、当業者にとって周知であってよい。
【００１７】
マウスの生体構造のイメージングの他に、位相コントラストＸ線イメージングの複数の臨床応用が、がん組織の密度が健康な組織とは区別可能な位相シグネチャを有し得る（例えば、Ｊ．Ｋｅｙｒｉｌａｉｎｅｎ他による「Ｐｈａｓｅ  ｃｏｎｔｒａｓｔ  Ｘ―ｒａｙ  ｉｍａｇｉｎｇ  ｏｆ  ｂｒｅａｓｔ」、Ａｃｔａ  Ｒａｄｉｏｌｏｇｉｃａ、第５１（８）巻、第８６６−８８４頁、２０１０年、を参照）マンモグラフィにおいて、または、複数の骨構造の角度の向きが早期の骨疾患の指標であり得る骨粗しょう症または変形性関節炎のような骨疾患（例えば、Ｐ．Ｃｏａｎ他による「Ｉｎ  ｖｉｖｏ  ｘ―ｒａｙ  ｐｈａｓｅ  ｃｏｎｔｒａｓｔ  ａｎａｌｙｚｅｒ―ｂａｓｅｄ  ｉｍａｇｉｎｇ  ｆｏｒ  ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ  ｏｓｔｅｏａｒｔｈｒｉｔｉｓ  ｓｔｕｄｉｅｓ  ｉｎ  ｇｕｉｎｅａ  ｐｉｇｓ」、Ｐｈｙｓ．Ｍｅｄ．Ｂｉｏｌ．第５５（２４）巻、第７６４９−６２頁、２０１０年、参照）について、見られ得る。
【００１８】
しかしながら、今までのところ説明された従来技術の構成に対し、Ｘ線電力は問題である。半値全幅の直径Ｓを有するＸ線源は、
【数２】
0006529984.tif 000003
によって与えられる。  ここで、ｐ１はビーム分割格子Ｇ１２１０の周期であり、Ｌは、光源２００とビーム分割格子Ｇ１２１０との間の距離であり、その技術が高コントラスト縞およびモアレパターンを生成するのに要求される。実際の適用およびシステム形状について、これは、ミクロフォーカス源を暗示する。しかしながら、ターゲットの電子衝突は、加熱も引き起こし、実現され得るＸ線電力は、Ｘ線発生材料を溶融させずにマイクロスポット上に落ち得る最大合計電子パワーで限定される。限定された電子パワーは、限定されたＸ線電力を意味し、典型的なＸ線ターゲットで達成可能な低Ｘ線フラックスは、例えば、または生きている患者もしくは動物を伴うマンモグラフィまたは他の診断テストに使用される場合、許容できない程の長い露出時間をもたらし得る。合計のＸ線フラックスは、より大きな領域にわたってより高い電子パワーを分配することによって増加され得るが、次に、その光源は、それほどコヒーレントでなくなり、画像コントラストを低下させる。
【００１９】
コヒーレントＸ線のより高い輝度および十分なフラックスは、シンクロトロンまたは自由電子レーザＸ線源を用いることで実現され得るが、これらの機械は、何エーカーもの土地に及ぶ複数の設備を占有し得、臨床環境に用いるは非実用的である。
【００２０】
より高いＸ線電力を可能にすることが示された１つの技術革新は、さらなる格子Ｇ０（例えば、１９９８年９月２２日に発行されたＪｏｈｎ  Ｆ．Ｃｌａｕｓｅｒによる米国特許第５,８１２,６２９号を参照）を採用する。そのようなシステムは、図７に示される。この構成において、周期ｐ０を有し、通常はＸ線透過回折格子である線源格子Ｇ０３０８は、Ｘ線源３００の前に使用される。この場合、Ｘ線源は、より高い合計のＸ線フラックスを生成する大きな入射電子ビーム領域を有する高出力延長線源（ミクロフォーカス源ではない）であってよい。
【００２１】
Ｘ線３８８は、格子Ｇ０３０８を通り抜け、個々に空間的にコヒーレントな（上記のミクロフォーカス源に類似の）配列であるが、ビーム分割格子Ｇ１ための照明の相互にインコヒーレント（ｉｎｃｏｈｅｒｅｎｔ）なサブ線源として格子開口部から現れる。Ｇ０におけるそれぞれのＸ線サブ線源が画像形成プロセスに構成的に寄与することを確実にすべく、その設定の形状は、以下の条件を満たすべきである：
【数３】
0006529984.tif 000004
その条件が満たされる場合、Ｇ０の多くの開口部からのＸ線は、同じ（重複する）Ｔａｌｂｏｔ干渉パターンを生成し、様々な相互にインコヒーレント線源は互いに妨害しないので、これらのＴａｌｂｏｔパターンは、強度として加わるであろう。検出器２９０における効果は、従って、単一のコヒーレント光源が提供し得るものを介して（信号対雑音比と共に）、信号を単に増加させることである。
【００２２】
この構成は、Ｔａｌｂｏｔ‐Ｌａｕ干渉計と呼ばれる（Ｆｒａｎｚ  Ｐｆｅｉｆｆｅｒ他、「Ｐｈａｓｅ  ｒｅｔｒｉｅｖａｌ  ａｎｄ  ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  ｐｈａｓｅ―ｃｏｎｔｒａｓｔ  ｉｍａｇｉｎｇ  ｗｉｔｈ  ｌｏｗ―ｂｒｉｌｌｉａｎｃｅ  Ｘ―ｒａｙ  ｓｏｕｒｃｅｓ」、Ｎａｔｕｒｅ  Ｐｈｙｓｉｃｓ第２巻、第２５８−２６１頁、２００６年を参照、およびＣｈｒｉｓｔｉａｎ  Ｄａｖｉｄ、Ｆｒａｎｚ  Ｐｆｅｉｆｆｅｒ、および２０１１年２月１５日に発行されたＴｉｍｍ  Ｗｅｉｔｋａｍｐによる米国特許第７,８８９,８３８号にも記載されている）。
【００２３】
図８Ａ〜図８Ｃは、Ｍａｒｔｉｎ  Ｂｅｃｈによって報告されるように（Ｍ．Ｂｅｃｈ他、「Ｉｎ−ｖｉｖｏ  ｄａｒｋ―ｆｉｅｌｄ  ａｎｄ  ｐｈａｓｅ―ｃｏｎｔｒａｓｔ  ｘ―ｒａｙ  ｉｍａｇｉｎｇ」、Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ  Ｒｅｐｏｒｔｓ３、記事番号３２０９、２０１３年、図１）、Ｔａｌｂｏｔ‐Ｌａｕ干渉計を用いて収集された生きたマウスのＸ線画像を示す。使用されたＸ線エネルギーは、３１ｋｅＶであり、複数の格子は、ケイ素（Ｚ＝１４）における複数の構造をリソグラフィーでエッチングすることによって製造された。線源のための吸収格子Ｇ０および解析装置のための線源Ｇ２は、パターニングされた、金（Ｚ＝７９）を有するケイ素をさらにコーティングすることによって形成された。
【００２４】
図８Ａ〜図８Ｃの画像の全ては、５個の干渉画像の同じセットから再構成されるとして報告され、それぞれは、１０秒以上の露出時間にわたって収集された。複数の原画像は、フーリエ処理され、３つの画像モダリティを取得すべくランプ補正された。図８Ａは、Ｘ線減衰に基づく強度画像を示し、骨と軟組織との間の吸収コントラストを示す。図８Ｂは、気管（矢印で示される）等の軟組織構造を明らかに識別する位相コントラスト画像を示す。図８Ｃは、毛皮および肺を強くハイライトするイメージングシステムの空間分解能より小さい線寸法を有する微細機能からのＸ線散乱に起因するさらなる暗視野コントラスト画像を示す。
【００２５】
残念ながら、Ｔａｌｂｏｔ‐Ｌａｕ  ＧＢＩの現在の技術は、線源格子Ｇ０および分析格子Ｇ２の両方が、微細なピッチおよび大きいアスペクト比の開口部を有するという必要条件を含む、臨床イメージング等のほぼ全ての実際の適用について、多くの制約を有する。
【００２６】
線源格子Ｇ０のための必要条件は、微細な個々の良好に分離されたＸ線サブ線源を生成し、開口部が画定する複数の構造を介したＸ線の望ましくない透過による画像コントラストの減少を最小限に抑えることである。しかしながら、１：１のライン・ツー・スペース比の格子について、単純なＸ線シャドーイングが、格子の中を通るＸ線透過が５０％未満に限定されることを決定し、角度シャドーイング（線源からのＸ線の角度範囲が、対象物に達することを制限する）が含まれる場合には、さらに低減される。さらに、対象物への放射線量を低減するＧ０の最適なライン・ツー・スペース比（前臨床および臨床イメージング応用に対して重要である）は、１：１よりもむしろ３：１に近い。この場合、線源からのＸ線の約７５％は、領域シャドーイングだけにより遮られ、大きいアスペクト比を有する格子が使用される場合、より高い損失が、角度シャドーイングによって生じる。
【００２７】
分析格子Ｇ２のための必要条件は、コントラストを失うことなく、十分な分解能を有するＴａｌｂｏｔ干渉縞をサンプリングすることが可能であることである。結果として、Ｇ０およびＧ２格子の両方が、小さい開口部を有さなければいけなく、線源からのＸ線の効率的な使用を制限する望ましくないＸ線透過を最小限に抑えるのに十分な厚みを有する。さらに、分析格子Ｇ２からの損失により、調査中の対象物の（Ｇ２格子を有さない同じシステムに比べて）著しく高い線量がもたらされ、複数回の露光に起因して、より低い信号対雑音比をもたらす位相ステッピングおよびＸ線吸収の良好な特性を備えた画像が生成される。研究中の対象物が、生きている動物または人間である場合、より高い線量の電離放射は望ましくなく、一般的に推奨されない。
【００２８】
格子Ｇ０の複数の開口部寸法がより大きい場合、角度コリメーションは（領域シャドーイングではないが）低減され得る。そうすることで、Ｘ線透過は極度に減少しないが、これは、開口部から下流側のＸ線ビームの空間コヒーレンス長を減少させ、画像コントラストにおける減少をもたらす。より小さい開口部は、可能な画像コントラストおよび分解能を、空間的コヒーレンスを向上することによって増大し得るが、システムにおける全体的なＸ線の数を減少させ、従って、より長い露出時間を必要とする。さらに、より小さい開口部で、これらの微細格子を製造することはより難しくなる。
【００２９】
対象物の中を十分に透過させることを獲得し、割当て線量を低減するのにしばしば所望される高エネルギーＸ線にＴａｌｂｏｔ‐Ｌａｕ干渉計を使用することを試みる場合、その問題は悪化する。一般に、図１に示されたように、生体組織のためのＸ線の吸収は、５ｋｅＶより高いエネルギーを有するＸ線に対し、はるかに低く、高エネルギーＸ線の使用は、有害可能性のある電離放射の吸収線量を複数の桁で低減するであろう。しかしながら、５ｋｅＶの光子は、０．２４８ｎｍの波長を有し、５０ｋｅＶの光子は、１０倍小さい波長（０．０２４８ｎｍ）を有する。さらに、これらのより高いエネルギーのためにＧ０およびＧ２等の吸収格子を作ると、格子の厚みが指数関数的に増加し、高エネルギーＸ線の同じ吸収因子を保つ（Ｘ線減衰長は、およそＥｋｅＶ３に比例する）ことから、より短い波長のＸ線は、困難を示し得る。
【００３０】
一次元のみにおいて干渉データを収集するのに使用され得る、線状格子を用いたＴａｌｂｏｔ‐Ｌａｕ  ＧＢＩの先行する問題は、２つの直交する方向において位相コントラスト画像を生成することを望む場合により深刻になる。これには、画像の再構成をロバストにし、複数の画像をより理解可能にすることが、しばしば必要とされる。なぜならば、１−Ｄの場合に、格子ラインと平行な複数の特徴部が、通常、あまり正確に測定されないためである。１つの単純な手法は、２つの直交する方向においてＸＰＣＩを実行し、その後続いて２つのデータセットを適切に登録することである。イメージングおよび登録プロセスに関連する複数の試みに加えて、この手法は、特に、動き得る、または、単にせっかちになり得る、位相ステッピングが２つの方向において実行されなければいけない場合に増加した投与量（２倍）を受けるであろう生きている被験者と共に使用される場合、実用的ではないかもしれない。同時の２次元ＸＰＣＩは、特に、単一の露出（ショット）および高Ｘ線エネルギーにおけるデータ収集が、露出時間および吸収投与量を低減することが可能である場合に、望ましい。
【００３１】
従って、Ｔａｌｂｏｔ‐Ｌａｕ干渉計の分解能および検出能力を提供するが、より明るい小型Ｘ線源、および、理想的には、高エネルギーＸ線のより明るい線源、特に、同時の２次元位相差イメージングを提供し得るものを採用するＸ線干渉イメージングシステムに対する必要性がある。
【発明の概要】
【００３２】
我々は、本明細書で、Ｘ線源が、周期的配列パターン内で配置された複数の微細構造のＸ線発生材料を有するターゲットを備え、周期的なＸ線のサブ線源を形成する、Ｘ線干渉イメージングシステムを開示する。そのシステムは、２次元Ｘ線強度を複数の電子信号へと変換すべく、Ｔａｌｂｏｔ干渉パターンを生成するビーム分割格子Ｇ１およびＸ線検出器をさらに備える。
【００３３】
検出器の空間分解能が、Ｔａｌｂｏｔ縞周期の１／３に等しいか、またはそれより良い場合、検出器は、直接複数の縞を記録し得る。そのシステムは、さらなる干渉縞を形成すべく、検出器の前に配置され得る第２の分析格子Ｇ２、および、検出器においてモアレ縞を生成すべく、分析格子Ｇ２を検出器に対して移動させる手段も備えてよい。さらに、システムは、位相格子Ｇ１を分析格子Ｇ２に対して移動させる手段を備えてよい。
【００３４】
Ｘ線源ターゲットは、ダイアモンドまたはベリリウム等の、低い原子番号の材料の熱的伝導性基板と密接に熱的接触をする（モリブデンまたはタングステン等の）複数のＸ線発生材料の複数の微細構造を備える。Ｘ線発生微細構造は、周期的パターンにおいて配置され得、パターンの各周期的素子は、単一の離散的微細構造に対応し、または代替的に、パターンの各周期的素子は、複数の離散的微細構造を備える。１または複数の電子源が、周期的配列内に概して配置された複数のＸ線発生材料を衝撃する。そうすることで、各周期的配列素子から発生したＸ線は、ビーム分割用の照明格子Ｇの個々のコヒーレントサブＸ線源として機能する。いくつかの実施形態において、複数の微細構造は、ミクロンのオーダーで測定される横寸法を有し、基板材料内の電子侵入深さの半分のオーダーの厚みを有する。いくつかの実施形態において、複数の微細構造は、規則的な２次元配列で形成される。
【００３５】
ビーム分割格子Ｇ１は、位相格子または吸収格子であってよい。分析格子Ｇ２は、概して、透過回折格子である。両方の格子Ｇ１およびＧ２は、ケイ素におけるリソグラフィーで生成された微細構造として製造されてよく、１−Ｄ構造、２−Ｄ構造、またはこれらの組み合わせを備えてよい。
【００３６】
本発明の特定の利点は、ベリリウムまたはダイアモンド等の低いＺの材料で高熱伝導率の基板に密接に熱的接触しているか、またはそれに埋め込まれているＸ線ターゲットを用いることによって、高いＸ線輝度および高いＸ線パワーが、高いＺの材料の微細構造が、実現され得ることである。基板のＸ線発生材料から熱を引き離す能力は、より高い電子密度および出力が使用されることを可能にし、複数のサブ線源の各々から、より高いＸ線輝度および出力を発生させる。これは、個々の空間的に良好に分離された複数のコヒーレントＸ線サブ線源を、高いＺの材料から作成することをもたらす一方、低にＺおよび低質量密度を有する基板の使用は、基板からＸ線を生成することを最小限に抑え、画像コントラストにおける減少をもたらし得る。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】炭素およびカルシウムのＸ線吸収のプロットを、Ｘ線エネルギーの関数として示す。
【００３８】
【図２】透過回折格子によって生成される従来技術のＴａｌｂｏｔ干渉パターンを示す。
【００３９】
【図３】ミクロフォーカス源を用いる従来技術のＸ線格子干渉システムを示す。
【００４０】
【図４】図３の従来技術のＸ線格子干渉システムの断面図を示す。
【００４１】
【図５】マウスのＸ線コントラスト画像を形成するのに使用される、図３の従来技術のＸ線格子干渉システムを示す。
【００４２】
【図６】マウスのＸ線コントラスト画像を形成するのに使用される、図３の従来技術のＸ線格子干渉システムの変化を示す。
【００４３】
【図７】マウスのＸ線コントラスト画像を形成するのに使用される従来技術のＴａｌｂｏｔ‐Ｌａｕ干渉計を示す。
【００４４】
【図８Ａ】従来技術のＴａｌｂｏｔ‐Ｌａｕ干渉システムを用いて収集されたマウスの公開されたＸ線吸収画像を示す。
【００４５】
【図８Ｂ】従来技術のＴａｌｂｏｔ‐Ｌａｕ干渉システムを用いて収集されたマウスの公開されたＸ線位相コントラスト画像を示す。
【００４６】
【図８Ｃ】従来技術のＴａｌｂｏｔ‐Ｌａｕ干渉システムを用いて収集されたマウスの公開されたＸ線暗視野散乱画像を示す。
【００４７】
【図９】本発明によるＸ線干渉イメージングシステムの実施形態の略断面図を示す。
【００４８】
【図１０】本発明の実施形態の略断面図を示す。
【００４９】
【図１１】Ｘ線ターゲットが、Ｘ線発生微細構造の２つの次元周期的配列を有する、図１０に示される本発明の実施形態の斜視図を示す。
【００５０】
【図１２】図１０および１１に示される本発明の実施形態の詳細な略断面図を示す。
【００５１】
【図１３】Ｘ線ターゲットが、平行な線の形態のＸ線発生微細構造を有する、本発明の実施形態の斜視図を示す。
【００５２】
【図１４】対象物（マウス）が、格子Ｇ１とＧ２との間に配置された本発明の実施形態の斜視図を示す。
【００５３】
【図１５】高分解能検出器が、分析格子なしで使用される、本発明の実施形態の詳細な略断面図を示す。
【００５４】
【図１６】対象物（マウス）が、格子Ｇ１と検出器との間に配置され、格子Ｇ１は２次元位相構造を有する、本発明の実施形態の斜視図を示す。
【００５５】
【図１７】本発明のいくつかの実施形態において使用されるビーム分割格子について「メッシュ」２−Ｄパターンを示す。
【００５６】
【図１８】本発明のいくつかの実施形態において使用されるビーム分割格子について「市松模様」２−Ｄパターンを示す。
【００５７】
【図１９】対象物（マウス）が線源と格子Ｇ１との間に配置され、格子Ｇ１は２次元位相構造を有する、本発明の実施形態の斜視図を示す。
【００５８】
【図２０】ターゲットが真空チャンバ内に取り付けられた本発明の実施形態の略断面図を示す。
【００５９】
【図２１】図２０に示される本発明の実施形態の詳細な略断面図を示す。
【００６０】
【図２２】ターゲットが真空チャンバ内に取り付けられ、Ｘ線が線状累積を用いて発生させられる、本発明の実施形態の略断面図を示す。
【００６１】
【図２３】図２２に示される本発明の実施形態の詳細な略断面図を示す。
【００６２】
【図２４】２つの電子ビームが、両方の側からターゲットを照射する、本発明の実施形態の略断面図を示す。
【００６３】
【図２５】図２４に示される本発明の実施形態の詳細な略断面図を示す。
【００６４】
【図２６】本発明のいくつかの実施形態において使用され得る、埋め込み矩形ターゲットの微細構造のグリッドを大型基板上に有するターゲットの斜視図を示す。
【００６５】
【図２７】本発明のいくつかの実施形態において使用され得る集束電子ビームと共に用いるための、埋め込み矩形ターゲットの微細構造のグリッドを大型基板上に有するターゲットの変形例の斜視図を示す。
【００６６】
【図２８Ａ】本発明のいくつかの実施形態において使用され得る、埋め込み矩形ターゲットの微細構造のグリッドを有するターゲットの斜視図を示す。
【００６７】
【図２８Ｂ】図２８Ａのターゲットの上面図を示す。
【００６８】
【図２８Ｃ】図２８Ａおよび図２８Ｂのターゲットの側面／断面図を示す。
【００６９】
【図２９Ａ】本発明のいくつかの実施形態において使用されるような周期的線状パターンを形成する一式の埋め込み矩形ターゲットの微細構造を有するターゲットの斜視図を示す。
【００７０】
【図２９Ｂ】図２９Ａのターゲットの上面図を示す。
【００７１】
【図２９Ｃ】図２９Ａおよび図２９Ｂのターゲットの側面／断面図を示す。
【００７２】
【図３０】処理変動から生じ得る図２８Ａ〜図２８Ｃに示されるようなターゲットについて、ターゲット構造の変化を示す。
【００７３】
【図３１】処理変動から生じ得る図２９Ａ〜図２９Ｃに示されるようなターゲットについて、ターゲット構造の変化を示す。
【００７４】
【図３２】本発明による、電子ビーム露光中の熱伝導性基板への熱の伝達を示す図２８Ａ〜図２８Ｃおよび／または図２９Ａ〜図２９Ｃのターゲットの一部の断面図を示す。
【００７５】
【図３３】本発明による、熱冷却経路を有する基板を備える、図２８Ａ〜図２８Ｃ、図２９Ａ〜図２９Ｃおよび／または図３２のターゲットの変化の断面図を示す。
【００７６】
【図３４】本発明による、密着層を備える図２８Ａ〜図２８Ｃおよび／または図２９Ａ〜図２９Ｃのターゲットの別の変形の断面図を示す。
【００７７】
【図３５】本発明による、導電性保護膜を備える、図２８Ａ〜図２８Ｃおよび／または図２９Ａ〜図２９Ｃのターゲットの別の変形の断面図を示す。
【００７８】
【図３６】本発明による、埋設されたＸ線材料を備える、図２８Ａ〜図２８Ｃおよび／または図２９Ａ〜図２９Ｃのターゲットの別の変形の断面図を示す。
【００７９】
【図３７】本発明による、埋設されたＸ線材料と、厚みのある、熱伝導性および導電性の保護膜とを備える、図２８Ａ〜図２８Ｃおよび／または図２９Ａ〜図２９Ｃのターゲットの別の変形の断面図を示す。
【００８０】
【図３８】基板によって生成されたＸ線の透過を遮断すべく、基板の裏面上のさらなる遮断構造を備える、図２８Ａ〜図２８Ｃおよび／または図２９Ａ〜図２９Ｃのターゲットの別の変形の断面図を示す。
【００８１】
【図３９】金およびケイ素のＸ線吸収のプロットを、Ｘ線エネルギーの関数として、示す。
【００８２】
【図４０】さらなる散乱防止用の格子が使用される本発明の実施形態について、詳細な略断面図を示す。
【００８３】
【図４１】Ｔａｌｂｏｔ干渉パターン内の散乱防止用の格子の配置の断面を示す。
【００８４】
【図４２】散乱防止用の格子の概略的断面を示す。
【００８５】
【図４３】さらなる散乱防止用の格子が検出器における分析格子と共に使用される本発明の実施形態について、詳細な略断面図を示す。
【００８６】
【図４４】検出素子が、Ｔａｌｂｏｔ干渉パターンの高い強度の部分と位置合わせされた本発明の実施形態について、略断面図を示す。
【００８７】
【図４５】複数の検出素子が、Ｔａｌｂｏｔ干渉パターンの高い強度（複数の防止ノード）と位置合わせされるように、ビーム分割格子が検出器の上流側に配置される本発明の実施形態について、略断面図を示す。
【００８８】
【図４６】明視野および暗視野検出器の両方を備える本発明の実施形態について、略断面図を示す。
【００８９】
【図４７】シンチレータが、Ｘ線を可視光／ＵＶ光子へと変換するのに使用される、明視野および暗視野検出器の両方を備える本発明の実施形態について、略断面図を示す。
【００９０】
【図４８】本発明のいくつかの実施形態によるＸ線位相格子の可能な構造を示す。
【００９１】
【図４９】本発明のいくつかの実施形態によるＸ線吸収格子の可能な構造を示す。
【００９２】
注記：本出願において開示される複数の図面の例示は、通常は、縮尺通りに示されておらず、本発明の原則およびその機能のみを示し、ターゲットにおける複数の微細構造と、ｐ１、ｐ２、ｐ３、ｐ４、ｐ５およびｐ６といった様々な格子周期との間の特定の関係は示さないことを意味する。これらの対象物の寸法の具体的詳細については、明細書の文章における説明を参照されたい。
【発明を実施するための形態】
【００９３】
本発明の様々な実施形態の説明 本明細書で開示される本発明の一実施形態は、図９に示されるように、Ｘ線位相差イメージング（ＸＰＣＩ）システムである。システムは、それが、Ｔａｌｂｏｔ干渉パターンを確立する周期ｐ１のビーム分割格子Ｇ１２１０と、２次元のＸ線強度を複数の電子信号へと変換するセンサの配列を通常有するＸ線検出器２９０とを備える点で、従来技術のＴａｌｂｏｔ‐Ｌａｕ干渉計といくらかの類似性を有する。
【００９４】
ビーム分割格子Ｇ１２１０は、位相格子または透過回折格子であってよく、複数の１−Ｄ周期的パターン（線状格子）を有してよく、または２つの直交する方向において周期的であるグリッド等のより複雑な２−Ｄ構造を有してもよい。
【００９５】
システムは、モアレ縞等のさらなる複数の干渉縞を形成すべく、検出器の前に配置され得る周期ｐ２の分析格子Ｇ２２２０も備えてよい。システムは、分析格子Ｇ２２２０を検出器に対して移動させる手段２２５と、検出されたＸ線強度に対応する複数の電子信号を画像処理システム２９５へ処理のために送信するコネクタ２９１とを、さらに備えてよい。
【００９６】
しかしながら、Ｔａｌｂｏｔ‐Ｌａｕシステムにおいて行われたように、延長されたＸ線源およびさらなる格子Ｇ０を、複数のＸ線源スポットを生成すべく用いる代わりに、本発明の複数の実施形態は、電子ビーム衝突から複数のＸ線１８８を発生させる周期的配列において配置された複数のＸ線発生サブ線源１０８を有するＸ線源を使用する。そうすることで、各サブ線源は、個々にコヒーレントであるが、ビーム分割格子Ｇ１のための照明の、一式の相互にインコヒーレントであるか、または部分的にコヒーレントである複数のサブ線源として共に機能する。Ｔａｌｂｏｔ‐Ｌａｕ干渉計の延長されたＸ線源および線源格子の組み合わせと同様に、これらのサブ線源１０８は、ビーム分割格子Ｇ１２１０によって生成され、対象物２４０−Ｍによって摂動され、検出器２９０によって記録され得る複数のＴａｌｂｏｔ干渉縞パターンを形成する。検出器２９０の空間分解能が、Ｔａｌｂｏｔ縞周期の１／３に等しいか、またはそれより良い空間分解能を有する場合、検出器は、複数の縞を直接記録してよい。低解像度検出器が使用される場合、分析格子Ｇ２２２０は、Ｔａｌｂｏｔ‐Ｌａｕ干渉計について説明されたように、複数のモアレ縞を生成するのにも使用されてよい。 
【００９７】
複数の離散Ｘ線サブ線源は、Ｔａｌｂｏｔ‐ＬａｕシステムのＸ線源より大幅に明るくなり得る。線源は、自己コヒーレントであるが、相互にインコヒーレントであり得る複数のサブ線源を有するので、減衰透過回折格子Ｇ０が、延長されたＸ線源から複数のサブ線源の配列を生成する必要はない。
【００９８】
構造化されたターゲットにおいて複数のサブ線源を備える、本発明によるシステムは、指定されたＴａｌｂｏｔ‐ＳＴ干渉計であってよい。
【００９９】
図１０、図１１および図１２は、複数のサブ線源の配列が、熱的伝導性基板に埋め込まれたＸ線発生材料の複数の微細構造を用いて形成される、本発明の一実施形態のより詳細な例示を示す。この実施形態において、Ｘ線源００８は、対象物２４０−Ｍおよびビーム分割格子Ｇ１２１０に照明を照らし、それらが形成する干渉パターンは、検出器２９０によって検出される。
【０１００】
Ｘ線源００８について、複数の支持部００３によって遮蔽筐体００５に保持された真空チャンバ００２において、高電圧電源０１０は、導線０２１を介して電子放出器０１１に複数の電子を提供する。電子放出器０１１は、ターゲット１００の方向へ複数の電子１１１を放出する。ターゲット１００は、基板１０００と、（通常は、ベリリウム、ダイアモンド、炭化ケイ素等の低いＺの材料）基板上に配置されるか、または基板に埋め込まれるか、または基板に埋設されたＸ線発生材料（通常、銅、モリブデンまたはタングステン等の高いＺの金属材料）を含む離散的微細構造７００の周期的配列を有する領域とを有する。離散的微細構造７００は、任意の数のサイズまたは形状であってよいが、横寸法が、少なくとも一次元において、ミクロンのオーダーのサイズを有する複数の直角長方プリズムの複数の周期的配列であるように概して設計される。そうすることで、各微細構造からの放出は、ビーム分割格子Ｇ１２１０で格子周期ｐ１に匹敵するか、またはそれより大きい空間コヒーレンス長を有するサブＸ線源として作用する。さらに、複数の微細構造は、好ましくは、基板材料内の電子侵入深さの半分のオーダーにある厚み（通常、ターゲット面に直交して測定される）を有する。
【０１０１】
複数のサブＸ線源を形成する複数の微細構造７００の周期ｐ０は：
【数４】
0006529984.tif 000005
によってシステムにおける他の複数の幾何学的パラメータに関連する。  ここで、Ｌは、複数のＸ線サブ線源７００から格子Ｇ１２１０までの距離であり、Ｄは、格子Ｇ１から周期ｐ２を有する検出器／分析格子Ｇ２２２０までの距離である。いくつかの実施形態において、Ｄは、高コントラスト（可視性）の複数の干渉縞を有する分数のＴａｌｂｏｔ距離の１つであるとして設定されるであろう：
【数５】
0006529984.tif 000006
によって定義される。  ここで、ＩｍａｘおよびＩｍｉｎは、それぞれ、ビーム経路に対象物を有さないＴａｌｂｏｔ干渉縞の強度最大値および最小値である。
【０１０２】
π位相シフトを有するビーム分割格子の平面波照明（すなわち、無限の距離に配置されているＸ線源と同等の）について、距離Ｄは、好ましくは：
【数６】
0006529984.tif 000007
によって与えられる。  ここで、ＤＮは、平面波照明についての分数のＴａｌｂｏｔ距離であり、λは、平均Ｘ線波長であり、Ｎは、Ｔａｌｂｏｔ分数次数として称される。Ｄの好ましい値は、ビーム分割格子Ｇ１の複数の減衰または位相シフト特性、ビーム分割格子Ｇ１のライン‐スペース比、および線源から格子までの距離Ｌに依存する。１：１のライン・ツー・スペース比を有するπ位相シフト格子について、奇数整数の分数のＴａｌｂｏｔオーダーＮ（Ｎ＝１、３、５、...）が、距離Ｄを決定するのに好ましい。有限の距離（例えば、無限ではなくＬ）において配置されたＸ線源について、Ｄは：
【数７】
0006529984.tif 000008
に増加させられる。
【０１０３】
所与の分数オーダーのＴａｌｂｏｔ縞周期ｐｆは： 
【数８】
0006529984.tif 000009
によって与えられる。  ここで、Ｔは、ビーム分割格子Ｇ１の減衰または位相シフト特性に依存するパラメータである。ビーム分割格子がπ位相シフト格子である場合、Ｋは１／２に等しく、ビーム分割格子がπ／２位相シフト格子である場合、Ｋは１に等しい。
【０１０４】
同様に、Ｔａｌｂｏｔ縞コントラストは、より小さいＸ線サブ線源サイズ（すなわち、より空間的にコヒーレントなＸ線）が使用される場合、改善され、ビーム分割格子Ｇ１に使用されるピッチｐ１が、サブ線源ａのサイズおよびそれらの間の距離Ｌに関連する場合、以下の必要条件を満たす。
【数９】
0006529984.tif 000010
ここで、λは、対応するサブ線源によって発生される単色Ｘ線の波長に概して対応するであろう予め定められたＸ線波長であるか、またはより広範なスペクトルを有するＸ線サブ線源の平均Ｘ線波長である。
【０１０５】
真空チャンバ００２において、複数の電子１１１がターゲットに衝突し、複数の微細構造７００において熱およびＸ線８８８を発生させる。基板１０００における材料は、通常、基板のために低いＺの材料を選択することによって、それがＸ線発生材料の複数の微細構造に比較して複数の電子について比較的低いエネルギー堆積速度を有するように選択され、従って、かなりの熱量およびＸ線を発生させないであろう。基板１０００材料は、通常１００Ｗ／ｍ℃より高い、高熱伝導率を有するようにも選択されてよい。Ｘ線発生材料の微細構造はまた、基板内に通常埋め込まれている。すなわち微細構造が直角プリズムとして形作られる場合、６個の側面のうち少なくとも５個が、基板１０００と密接に熱的接触していることが好ましい。そうすることで、微細構造７００において発生する熱は、基板１０００から効果的に放散する。しかしながら、他の複数の実施形態において使用される複数のターゲットは、より少ない直接接触の表面を有してもよい。一般に、本開示において「埋め込まれ」という用語が使用される場合、微細構造の表面積の少なくとも半分は、基板と密接に熱的接触をするであろう。
【０１０６】
複数の微細構造は、通常、導線０２２を用いて高電圧源０１０の正極に電気的に接続され、ターゲットが電気系においてアノードとして機能することを可能にする。代替的に、ターゲットは、カソード（電子放出器）が負電荷を有する間、接地されてよい。またはターゲットは、アノードがカソードよりも比較的高い電圧を有する限り、カソードが接地されている間、正極に接続されてよい。さらに、いくつかの実施形態において、静電レンズ等の電子光学または磁気コイルが、電子ビームをさらに方向付け集束すべく、複数の電子１１１の経路の周りもしくは近くの真空チャンバ００２の内部または外側に配置されてもよい。
【０１０７】
示されるようなターゲット１００は、真空チャンバ００２におけるウィンドウとしてさらに機能してもよい。そうすることで、Ｘ線発生材料は、真空チャンバおよび電子源の内側に面しているが、Ｘ線８８８は、また、ターゲット１００の裏側を介してビーム分割格子Ｇ１  ２１０の方向へ伝搬する。他の複数の実施形態において、別個のウィンドウが使用され、さらなるＸ線フィルタも使用されてよい。
【０１０８】
一度、線源００８によって発生すると、Ｘ線８８８は、任意選択的なシャッタ２３０、所望の波長を有する所望のスペクトルバンド幅を取得するためのＸ線分光フィルタ、および調査される対象物２４０−Ｍを通り抜けてよい。Ｘ線は、次に、基板２１１上にさらに取り付けられてよいビーム分割格子Ｇ１２１０から回折し、次に、基板２２１上にまた取り付けられてよい分析格子Ｇ２２２０上に落ちる。最後の干渉パターンは、Ｘ線強度に対応する複数の電気信号を、コネクタ２９１を介して画像処理システム２９５へ解析のために提供するアレイ検出器２９０によって検出されるであろう。
【０１０９】
Ｘ線源および干渉検出システムに加えて、対象物２４０−Ｍおよび様々な格子を、互いに対して検出器へ、および線源へと移動させる手段が使用されてもよい。図１０において、画像処理システム２９５はまた、ネットワーク２３１を介して、対象物２４０−Ｍの位置および角度を設定する段階２４４を制御する手段２４５と、ビーム分割格子Ｇ１２１０の位置および角度を設定するマウント２１４を制御する手段２１５と、分析格子Ｇ２２２０の位置および角度を設定するマウント２２４を制御する手段２２５と、Ｘ線が動かされ変調される（オンおよびオフにされること等）を可能にするシャッタ２３０もしくは高電圧供給源０１０用のスイッチ０１３への可能な接続部と、に接続されてよい。画像処理システム２９５における複数のプロセッサによって実行されるソフトウェアは、格子Ｇ１２１０、Ｇ２２２０の動作、対象物２４０−Ｍ、およびＸ線露光も制御してよく、対象物２４０−Ｍの詳細な振幅、微分位相、位相コントラスト、および複数の散乱コントラスト画像を取得するのに必要とされる複数の画像の収集を可能にする。
【０１１０】
複数のさらなる実施形態は、電子ビームが動かされるかまたは変調されることを可能にする複数の制御装置も含んでよい。例えば、複数の実施形態は、分析格子Ｇ２に対してＸ線源アノードを移動させる手段をさらに備えるよう設計されてもよい。Ｘ線検出器２９０の位置および角度が調節されることも可能にする複数のさらなる実施形態も、設計されてよい。
【０１１１】
図１３は、ターゲット１００が、基板１０００および複数の微細構造の線状線源７０１を備える本発明の実施形態を示す。これらの微細構造の線状サブ線源７０１は、通常、一方向（概して、格子Ｇ１２１０およびＧ２２２０のラインの方向と直交する次元における、図１３のｙ方向に対応して、サブ線源のサイズパラメータａに対応する）において２、３ミクロン幅であろう。しかし、それらのラインと平行な方向（図１３におけるｘ方向に対応する）において、はるかに長い（例えば、最大１０００ミクロンまで、または数ミリメートル）。図１３に示されるサブ線源としての微細構造７０１のピッチは、ｐ０であり、数式４によって解析装置／検出器のピッチに関連する。
【０１１２】
図１４は、検査される対象物２４０−Ｍが、格子Ｇ１２１０と検出器２９０との間に配置される本発明の実施形態を示す。図１４に示されるようなターゲット上のＸ線発生材料の複数の微細構造７００は、２つの直交する方向における２−Ｄ周期的配列において配置された複数のサブ線源を有するが、グリッド、メッシュ、市松模様、または他の周期的構造を含むビーム分割格子Ｇ１２１０のコヒーレンス照明条件を満たす任意の周期的配列であってよい。
【０１１３】
複数の格子が１次元の構造を有する場合、線源ターゲット１００における複数の微細構造７００は、Ｇ１２１０およびＧ２２２０の１−Ｄ配列と同じ方向において周期的であることのみが必要である（すなわち、複数の微細構造７０１のラインが、複数の格子のラインと理想的には平行である）が、鉛直方向において、任意のまたは非周期構造を有し得る。 
【０１１４】
図１５は、分析格子Ｇ２２２０は無いが、その代わりに検出器２９９が、複数の格子ラインと直交する方向においてＴａｌｂｏｔ縞周期３分の1（１／３）に等しいか、またはそれより良い画素分解能を有する高分解能配列ＧＤを有する、本発明の実施形態をさらに示す。この分解能で、単一の露出画像が、吸収、段階、および散乱コントラスト画像を同時に取得すべく、処理され得る。これは、Ｇ２２２０を通り抜けるＸ線に通常生じる５０％以上の強度損失が回避され、検出器に達する信号、および、従って信号対雑音比が実質的により高いという点で有益であり得る。 
【０１１５】
対象物２４０−Ｍについての詳細な振幅、微分位相、位相コントラスト、および散乱コントラスト画像の計算用に複数の画像を収集すべく、図１５の実施形態は、格子Ｇ１の面と平行な２つの横方向においてだけでなく、Ｘ線の伝搬の経路に沿って定義される方向においても、検出器２９０を移動させるための手段２５５をさらに備えてよく、検出器２９９が、正確なＴａｌｂｏｔ距離ＴＤの正確な倍数において配置されることを確実にする。
【０１１６】
図１６は、ビーム分割格子Ｇ１２１０−２Ｄが、透過または位相格子のどちらであってもよい、２次元周期的配列を有する、本発明の実施形態を示す。この種類の２−Ｄビーム分割格子を用いる場合、複数のパターンは、図１７に示されるパターン等の、メッシュを含む多数の周期的パターン、または図１８に示されるような市松模様パターンのいずれか１つに配置されてよい。これらの例示において、明確な領域は、非位相シフト領域である一方、パターン化された領域は、相対的な位相シフトを有する領域を表す。複数の異なる、または対向さえする相対的な位相シフトもいくつかの実施形態において使用されてよい。すなわち、複数の無地の領域は、位相シフトされ得る一方、パターン化された領域は位相シフトされ得ない。
【０１１７】
およそ平均エネルギーで±１５％未満のスペクトルバンド幅を有する入射Ｘ線ビームと共に用いるために、πラジアンの位相シフトおよび１：１のライン・ツー・スペース比を有するビーム分割格子が、好ましくてよい。±１５％を超えるスペクトルバンド幅を有する入射ビームと共に用いるために、π／２ラジアンの相対的な位相シフトが好ましくてよい。 
【０１１８】
いくつかの実施形態における複数のビーム分割格子は、Ｒｏｎｃｈｉ波形または矩形波形を有する構造等の、１−Ｄストライプを有する波形を有してよい。濃いストライプと無地のストライプとの間の相対的な位相シフトは、好ましくは、πまたはπ／２ラジアンであると選択されるが、πのいずれの整数倍または分数であってもよい。代替的に、濃いストライプは、ビーム分割格子が吸収格子であるように、低いＸ線透過を有してよい。 
【０１１９】
図１６は、図１５にも示されたように、高分解能検出器２９９と併せて２−Ｄビーム分割格子Ｇ１２１０−２Ｄの使用を示す。２つの直交する方向における、微分位相コントラスト、位相コントラスト、吸収、散乱コントラスト画像を同時に取得すべく、Ｘ線サブ線源サイズａ、格子Ｇ１２１０−２Ｄの周期ｐ１および距離Ｌを含む、複数の幾何学的パラメータは、両方の方向において格子Ｇ１のコヒーレンス照明条件を満たす必要がある。前のように、検出器２９９は、結像面における２つの直交する方向においてＴａｌｂｏｔ縞周期の１／３に等しいか、またはそれより良い空間分解能を有し、Ｔａｌｂｏｔ縞パターンと位置合わせされるように配置される。
【０１２０】
ビーム分割格子Ｇ１２１０−２Ｄ上に複数の２−Ｄパターンを有するそのような複数の実施形態は、また、位相情報が両方の直交方向において得られるように、任意の順番で２つの方向に位相段差があり得る２次元分析格子Ｇ１と併せて前述の低解像度検出器２９０と共に使用されてよい。上記のＧ１２１０−２Ｄの説明に類似して、この２−Ｄ分析格子Ｇ２は、メッシュ、市松模様、または円形、三角、正方形、長方形等の構造の２−Ｄ配列等のいずれかの周期構造であってよい。
【０１２１】
図１９は、調査中の対象物２４０−ＭがここでＸ線源とビーム分割格子Ｇ１２１０−２Ｄとの間に配置されることを除いては、図１６に類似する実施形態を表わす。
【０１２２】
複数の実施形態の一部は、吸収、位相および散乱情報が、一方向において得られ、少なくとも格子ライン方向に垂直な方向において周期的である（しかし、他の方向において周期的であってもよい）微細構造の線源ターゲットと組み合わせて１または複数の１−Ｄ格子を組み込む１次元Ｔａｌｂｏｔ-Ｙｕｎ干渉計であることに注意されたい。複数の他の実施形態は、吸収、位相、および散乱情報が、２つの直交する方向（または、２−ＤＴａｌｂｏｔ‐Ｙｕｎ設定を用いて計算トモグラフィを実行することによって、全ての３次元）において得られる２次元Ｔａｌｂｏｔ‐ＳＴ干渉計である。
【０１２３】
図２０および図２１は、Ｘ線源０８０が、Ｘ線遮蔽筐体０５０内で複数のマウント０３０に支えられた真空チャンバ０２０を有する本発明の別の実施形態を示す。線源０８０は、基板１０００、および、完全に真空チャンバ０２０内に取り付けられた複数のＸ線サブ線源７００を含む周期的パターンを含むターゲット１００も有する。前のように、この実施形態は、高電圧源０１０も備え、高電圧源０１０は、導線０２１−Ａを介して電子放出器０１１−Ａに接続された負極も有するが、正極は、１または複数の導線０２２を介してターゲットにおける複数の微細構造に接続され、それらがアノードとして機能することを可能にする。
【０１２４】
しかしながら、この実施形態において、Ｘ線発生材料を含む複数のＸ線サブ線源７００の周期的配列を有するターゲット１００の表面は、真空チャンバ０２０の壁に取り付けられたウィンドウ０４０に面しており、電子放出器０１１−Ａは、ウィンドウ０４０に面している複数のサブ線源７００を有するターゲット１００の表面上へ複数の電子のビーム１１１−Ａを放出するように位置合わせされる。
【０１２５】
図２２および図２３は、基板１０００を含むターゲット１００、および、真空チャンバ０２０内に完全に取り付けられた複数のＸ線サブ線源７００を含む周期的パターンを備える本発明の別の実施形態を示す。前のように、この実施形態は、高電圧源０１０も有し、高電圧源０１０は、導線０２１−Ｂを介して電子放出器０１１−Ｂに接続された負極も有するが、正極は、１または複数の導線０２２を介してターゲットにおける複数の微細構造に接続され、それらがアノードとして機能することを可能にする。 
【０１２６】
しかしながら、この実施形態において、Ｘ線発生材料を含む複数のＸ線サブ線源７００の周期的配列を有するターゲット１００の表面は、複数の微細構造の一部によって発生するＸ線が、Ｘ線を同様に生成している他の複数の微細構造の方向へと伝搬し、複数の微細構造７００からのＸ線８８８−Ｂの線状累積が、ターゲットから現れるように、方向付けられる。  複数の微細構造と複数の微細構造７００との間の距離ｇは、ターゲットから現れる。複数の微細構造と伝搬方向における幅ｗｘとの間の距離ｇは、累積したＸ線に寄与するｎ番目の微細構造からの放出が、数式９の寸法ａ、すなわち：
【数１０】
0006529984.tif 000011
を有する単一サブ線源として考慮され得るように、十分に小さいべきである。ここで、ａは、システムの複数のコヒーレンス必要条件を満たすサブ線源寸法であり、θは、システムの視野角度の半分である。
【０１２７】
本発明のこの実施形態に使用されるようなＸ線源の線状累積は、本発明の発明者による「Ｘ―ＲＡＹ  ＳＯＵＲＣＥＳ  ＵＳＩＮＧ  ＬＩＮＥＡＲ  ＡＣＣＵＭＵＬＡＴＩＯＮ」という名称の同時係属中の米国特許出願（２０１４年９月１９日に出願された米国特許出願第１４／４９０，６７２号）においてより完全に説明されており、それは、本明細書によってその全体が参照により組み込まれる。上記で参照された同時係属中の出願において開示された複数の線源設計および構成のいずれも、本明細書で開示される干渉イメージングシステムのいずれかまたは全てにおける構成要素として使用することが考慮されてもよい。
【０１２８】
同様に、図２４および図２５は、Ｘ線の線状累積を利用する本発明の別の実施形態を示す。この実施形態において、Ｘ線源０８０は、基板２２１０および真空チャンバ０２０内に完全に取り付けられた第１のセットのサブ線源７０７および第２のセットのサブ線源７０８を有するターゲット２２００を含む。前のように、この実施形態は、高電圧源０１０も備えるが、この高電圧源は、導線０２１−Ｄおよび０２１−Ｅを介して、高電圧をそれぞれ２つの電子放出器０１１−Ｄおよび０１１−Ｅに供給する接点０１０−２に接続されている。図２４および図２５に示されるように、第１の電子放出器０２１−Ｄは、第１のセットのサブ線源７０７に衝突する電子ビーム１１１−Ｄを提供する一方、第２の電子放出器０２１−Ｅは、第２のセットのサブ線源７０８に衝突する電子ビーム１１１−Ｅを提供する。ターゲット２２００からＸ線２８８８を生成すべく組み合わされた、第１のセットのサブ線源７０７および第２のセットのサブ線源７０８によって、Ｘ線イメージングビーム軸に沿って発生したＸ線７８８の一部は、これらの２つのセットのＸ線サブ線源からのＸ線の線状累積によって拡張されるであろう。いくつかの実施形態において、２つのセットのサブ線源７０７および７０８の間の距離間隔は、５ｍｍより小さくてよいが、２つのサブ線源の中央を通り抜けるラインに垂直な方向における線源のサイズより大きくてもよい。サブ線源７０７および７０８の両方の周期は、ビーム分割格子Ｇ１の下流側の関連付けられる複数のＴａｌｂｏｔ縞が実質的に重なり合うように、選択されてよい。
【０１２９】
複数の電子によって衝突されているターゲット／アノードが、熱負荷を分散させるべく、動かされ、移動させられ、または回転させられるＸ線源を備える、本発明の複数の他の実施形態も可能であることも、当業者らには周知であろう。 
【０１３０】
注記：図１０から図２５の例示は、縮尺通りに示されておらず、本発明の原則を示し、複数の微細構造７００と、ターゲット１００と、様々な格子周期ｐ１およびｐ２との間の特定の関係は示さないことを意味するものである。微細構造７００、７０１、７０７、７０８等は、数ミクロンのオーダーのサイズであってよいが、調査中の対象物２４０−Ｍは、数センチメートルのサイズであってもよい。同様に、これらは、数センチメートルのオーダーの寸法を有する対象物（マウス）が示される場合において、示されるものの、記載された技術は、そのような対象物に限定されないが、干渉計の検出器の適当な分解能および複数の他の要素が適切に構成される限り、さらにより大きい構造または微視的な構造を調査することにも使用されてよい。
【０１３１】
２．Ｘ線ターゲットの製造。
本明細書に開示された本発明による複数のＸ線源で使用されるもの等のターゲットは、本発明の発明者による同時係属中の「ＳＴＲＵＣＴＵＲＥＤ  ＴＡＲＧＥＴＳ  ＦＯＲ  Ｘ―ＲＡＹ  ＧＥＮＥＲＡＴＩＯＮ」という名称の米国特許出願（２０１４年８月２１日に出願された米国特許出願第１４／４６５，８１６号）に詳細に説明されており、その内容は本明細書によってその全体が参照により組み込まれた。上記の参照された同時係属中の出願に開示されたターゲット設計および構成のいずれも、本明細書で開示された任意のＸ線源または全てのＸ線源の構成要素としての使用が考慮され得る。
【０１３２】
本明細書および上記で引用された審査係属中の特許出願において記載されたように、Ｘ線源に使用されるターゲットは、複数のサブ線源の周期的配列を有してよい。各サブ線源は、その熱伝導率で選択された基板と熱的接触している、または好ましはそれに埋め込まれたＸ線発生材料の単一のもしくは複数の微細構造を含んでもよい。微細構造が、高熱伝導率を有する基板と良好な熱的接触をしている場合、過剰な熱は、基板へ引き離されるであろうことから、より高い電流密度が使用され、Ｘ線を発生させてよい。より高い電流密度は、より高いＸ線フラックスを生じさせ、より高い輝度の線源をもたらすであろう。上記の同時係属中の特許出願において記載されたように、Ｘ線発生材料の複数の微細構造を有する線源は、同じ材料から作成されたより単純な構成よりも１０倍高い輝度を有し得る。複数のサブ線源が同じ軸上のＸ線に寄与するように位置合わせされるさらなる複数の構成は、複数のＸ線サブ線源の線状累積を介して輝度をさらに増やすことができる。
【０１３３】
「微細構造」という単語が本明細書で使用される場合、Ｘ線発生材料を有する微細構造を特に参照していることも、ここで留意されるべきである。Ｘ線微細構造を形成するのに使用されるキャビティ等の他の構造は、同じ規模の寸法を有するので、これも「微細構造」と考慮されてよい。しかしながら、本明細書で使用されるように、「構造」、「キャビティ」、「穴」、「開口部」等の他の単語は、それらのＸ線発生特性のために選択されない基板等の材料にこれらが形成される場合に、これらの構造に使用されてよい。「微細構造」という単語は、これらのＸ線発生特性のために選択された材料を有する構造のためのものであろう。
【０１３４】
同様に、「微細構造」という単語が使用されるが、１ミクロンより小さい寸法を有する、またはナノスケールほどの小さな寸法（すなわち、１０ｎｍを超える）さえも有するＸ線発生構造も、複数の特性が、様々な実施形態において定められたサブ線源のサイズおよび格子ピッチのための幾何学的因子と一致している限り、本明細書で使用されるように、「微細構造」という単語によって記載され得ることに留意されるべきである。
【０１３５】
本明細書で、「サブ線源」という単語が使用される場合、それは、Ｘ線発生材料の単一の微細構造、または、Ｔａｌｂｏｔ干渉計の目的で単一の構造と同様に機能する複数のより小さい微細構造のアンサンブルを指してよいことにも留意されるべきである。
【０１３６】
これらの微細構造ターゲットの製造は、基板における埋め込み構造の作成のために使用される複数のよく知られた処理段階に従ってよい。基板が、ダイアモンド等の高熱伝導率を有する材料である場合、フォトレジストを用いた集束イオンビームリソグラフィまたは電子ビームリソグラフィ等の従来のリソグラフィーパターニングは、ミクロンサイズの構造を生成し得、それは、次に、反応性イオンエッチング（ＲＪＥ）等の複数のプロセスを用いて基板内にエッチングされてよい。基板に形成されたエッチングされた構造内にＸ線発生材料を堆積させることが、次に、電気めっき、化学気相堆積法（ＣＶＤ）、原子層堆積、または高温圧縮等の標準的な堆積工程を用いて実行されてよい。
【０１３７】
ターゲットにおいて使用されるＸ線発生材料は、線源にかかるより高い電子パワーがＸ線生成を増加させることを可能にすべく、高融点および高熱伝導率等の、理想的に良好な熱特性を有するべきである。Ｘ線発生材料は、さらに、Ｘ線生成効率（その原子番号に比例する）を含む、良好なＸ線生成特性のために選択されるべきであり、場合によっては、特性Ｘ線分光線等の対象の特定のスペクトルを生成することが望ましくてよい。これらの理由により、ターゲットは、しばしば、原子番号Ｚ＝７４を有するタングステンを用いて製造される。表Ｉは、Ｘ線ターゲットに一般に使用される数個の材料、数個のさらなる潜在的ターゲット材料（特定の対象の特性ラインに特に有用である）、およびターゲット材料のために基板として使用され得るいくつかの材料を列挙する。融点、ならびに熱的および導電率が、３００°Ｋ（２７℃）近くの複数の値について示される。ほぼ全ての値は、ＣＲＣ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｏｆ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  ａｎｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ第９０版［ＣＲＣ  Ｐｒｅｓｓ、Ｂｏｃａ  Ｒａｔｏｎ、フロリダ州、２００９年］から引用されている。  表Ｉ  様々なターゲットおよび基板材料および選択された特性。
【表１】
0006529984.tif 000012
他の複数の値は、インターネット上に見られる様々なソースから引用されている。例えば、サファイア等、いくつかの材料では、液体窒素の温度（７７°Ｋ）未満の温度に冷却される場合、１桁大きい熱伝導率が可能であり得ることに留意されたい［例えば、Ｅ．Ｒ．Ｄｏｂｒｏｖｉｎｓｋａｙａ他著、「Ｓａｐｐｈｉｒｅ：Ｍａｔｅｒｉａｌ，Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ，Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」、Ｓｐｒｉｎｇｅｒ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ＋  Ｂｕｓｉｎｅｓｓ  Ｍｅｄｉａ，ＬＬＣ刊（２００９年）の２．１．５章「熱特性」を参照］。
【０１３８】
図２６は、本発明のいくつかの実施形態において使用され得るようなターゲットを示す。この図において、基板１０００は、Ｘ線発生材料（典型的には、金属材料）の複数の微細構造を有する複数のサブ線源７００の配列を含む領域１００１を有し、Ｘ線発生材料において、複数のサブ線源は、複数の直角長方プリズムの規則的配列において配置されている。真空において、複数の電子１１１は、上からターゲットを照射し、複数の微細構造７００に熱及びＸ線を発生させる。基板１０００における材料は、それが、Ｘ線発生微細構造材料と比較して複数の電子に対し比較的低いＸ線生成（効率は、原子番号に比例する）およびエネルギー堆積速度（停止パワーは、密度に比例する）を有するように選択される。従って、それは、かなりの熱量およびＸ線は生成しないであろう。これは、通常、基板に対し、低質量密度および低原子番号（Ｚ）材料を選択することで実現される。
【０１３９】
基板１０００の材料は、通常、１００Ｗ／（ｍ℃）より大きい高熱伝導率を有するように選択されてもよく、微細構造は、通常、基板内に埋め込まれている。すなわち、微細構造が直角プリズムとして形成されている場合、微細構造７００において発生した熱が基板１０００へ効果的に放散されるように、６個の側面のうち少なくとも５個が基板１０００と密接に熱的接触していることが好ましい。しかしながら、他の複数の実施形態において使用されたターゲットは、より少ない直接接触の表面を有してよい。一般に、「埋め込み」という用語が本開示で使用される場合、微細構造の表面積の少なくとも半分は、基板と密接に熱的接触しているであろう。
【０１４０】
いくつかの実施形態における複数のサブ線源のサイズおよび寸法は、従来技術における格子Ｇ０の周期性ｐ０と同じ限定によって制約されてよいことに留意されたい。言い換えれば、図９から図２５に示されるようなＸ線干渉イメージングシステムにおける対象物位置で達成可能な空間分解能は、Ｔａｌｂｏｔ‐Ｌａｕシステム等の従来技術の干渉イメージングシステムにおいて記載された複数の条件に類似した全体的なＸ線源のサイズおよび検出解像度によって決定される。従って、最大のＸ線源サイズ（各微細構造スポットの幅）は、所与の検出解像度および所与のイメージング形状について限定され、線源と対象物との間の距離、および対象物と検出器との間の距離によって決定される。
【０１４１】
複数のサブ線源の配列のライン・ツー・スペース比は、任意のシステムの設計において考慮されるべきである設計パラメータである。長い空間コヒーレンス長は、Ｘ線源またはサブ線源のサイズに反比例する。Ｔａｌｂｏｔ干渉縞の縞の可視性は、照明Ｘ線ビームの空間コヒーレンス長の、ビーム分割格子ｐ１の周期に対する相対比と共に、０．３から１までの比の値では線状的に増加するので、小さい線源のサイズを有することが概して好ましい。しかしながら、Ｘ線生成は、サブ線源の領域に反比例する（例えば、線幅の減少は、Ｘ線生成の低下に至るであろう）。イメージングシステムのスループットは、コントラスト伝達関数の二乗に概して比例し、Ｘ線フラックスに比例するだけであるので、１：１未満のライン・ツー・スペース比を有することが概して好ましい。本発明のいくつかの実施形態は、１：５から１：２までの間のライン・ツー・スペース（すなわち、Ｘ線発生材料の基板材料に対する）比を使用してよい（すなわち、Ｘ線発生材料の相対領域は、２０％から３３％までの範囲に及んでよい）。
【０１４２】
本発明による複数のターゲットのための材料の選択に有用であり得るフィギュア・オブ・メリット（ＦＯＭ）は、複数の微細構造によって生成されるＸ線の、同様に基板に衝突する複数の電子によって生成されるＸ線に対する割合である。このフィギュア・オブ・メリットは、システムの複数のターゲットの設計およびそのための材料の選択に有用であり得、基板の熱伝導率に加えて考慮に入れるべきである。電子エネルギー堆積速度は、質量密度に比例し、材料におけるＸ線生成効率は、原子番号に比例するので、このフィギュア・オブ・メリットは、以下のように定義されてよい：
【数１１】
0006529984.tif 000013
ここで、Ｚは原子番号であり、ρは密度であり、材料１は基板であり、材料２はＸ線発生材料である。 
表ＩＩ：Ｘ線材料／基板の組み合わせについてのフィギュア・オブ・メリット
【表２】
0006529984.tif 000014
【０１４３】
多数の微細構造および基板材料の組み合わせが、上記の表ＩＩにおいて列挙される。上記の複数の組み合わせのいずれが使用されてもよいが、材料は、ＦＯＭが１２を超え、基板材料の熱伝導率が室温において１００Ｗ／ｍ℃を超えるように選択されることが好ましい。
【０１４４】
図２７は、本発明のいくつかの実施形態において使用され得るような別のターゲットを示しており、ここで電子ビーム１１１−Ｆは、静電レンズによって方向付けられ、より集中した集束スポットを形成する。この状況では、ターゲット１１００−ＦはＸ線材料を含む微細構造７００−Ｆの配列を含む領域１００１−Ｆをまだおそらく有しているが、この領域１００１−Ｆのサイズおよび寸法は、電子照射が生じる領域に合致し得る。これらのターゲットにおいて、線源形状およびＸ線発生材料の「調整」は、設計によって、発生する熱量を微細構造領域１００１−Ｆにほとんど制限する一方で、設計および製造の複雑さも低減するように制御され得る。これは、微小スポットを形成すべく焦点が合わせられた電子ビームとともに使用される場合、またはより複雑な電子照射パターンを形成するより複雑なシステムによって用いられるときに、特に有用であり得る。
【０１４５】
材料への複数の電子の侵入の深さは、ポットの法則（Ｐｏｔｔ'ｓ  Ｌａｗ）［Ｐ．Ｊ．  Ｐｏｔｔｓ著、１９８７年、Ｓｐｒｉｎｇｅｒ  Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ刊、「Ａ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｏｆ  Ｓｉｌｉｃａｔｅ  Ｒｏｃｋ  Ａｎａｌｙｓｉｓ」、第１０章「Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｐｒｏｂｅ  Ｍｉｃｒｏａｎａｌｙｓｉｓ」、３３６ページ］によって推定され得、それによると、ミクロン単位の侵入深さｘは、ｋｅＶ単位の電子エネルギーＥ０を３／２乗して、材料密度で割った値の１０％に関連付けられていることが述べられている。
【数１２】
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ダイアモンド基板等の、より密度が低い材料に対して、侵入深さは、Ｘ線発生に使用される元素を含むほぼ全ての材料等、より高い密度の材料に対してよりはるかに大きくなる。
【０１４６】
この式を用いて、表ＩＩＩは、いくつかの一般的なＸ線ターゲット材料に対する推定侵入深さの一部を示す。
表ＩＩＩ：６０ｋｅＶ電子のいくつかの材料への侵入深さの推定
【表３】
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【０１４７】
Ｃｕの特性Ｘ線（Ｋ線）の大部分は、侵入深さ内で発生する。その深さ以下での電子の相互作用は、通常、ほとんど特性Ｘ線（Ｋ線）を発生させないが、熱発生におそらく寄与し、これにより、深さ方向に沿って緩やかな温度勾配をもたらす。従って、いくつかの実施形態において、材料における電子相互作用を制限し、局所的な温度勾配を最適化すべく、ターゲットにおける微細構造の最大厚みを定めることが好ましい。本発明の一実施形態は、ターゲットにおける微細構造のＸ線発生材料の深さを、入射電子エネルギーにおいて、基板における電子侵入深さの３分の１と３分の２との間に制限する。この場合、より低い質量密度の基板は、Ｘ線発生材料の直ぐ下の基板材料に、より低いエネルギー堆積速度をもたらし、これは次に、下の基板材料により低い温度をもたらす。これにより、Ｘ線発生材料と基板との間に、より大きい温度勾配がもたらされ、熱伝導を高める。温度勾配は、基板材料の高熱伝導率によってさらに拡大される。
【０１４８】
複数の同様の理由で、微細構造の厚みを基板における電子侵入深さの半分未満であるように選択することも、制動放射線の効率的な発生に対し、概して好ましく、それは、その深さより下の複数の電子が、より低いエネルギーを有し、従ってより低いＸ線生成効率を有するからである。
【０１４９】
注記：Ｘ線発生材料の寸法の他の選択肢も使用され得る。本発明のいくつかの実施形態において使用されるようなターゲットでは、Ｘ線材料の深さは、基板における電子侵入深さの５０％であるように選択されてよい。他の複数の実施形態において、Ｘ線材料の深さは、基板における電子侵入深さの３３％であるように選択されてもよい。他の複数の実施形態において、微細構造の深さは、材料における複数の電子の「連続減速近似」（ＣＳＤＡ）範囲に関連して選択されてよい。他の深さが、所望されるＸ線スペクトルおよび選択されたＸ線材料の特性に応じて特定されてもよい。 
【０１５０】
図２８Ａ〜図２８Ｃは、本発明のいくつかの実施形態において使用され得るような、規則的配列構造に配置されたＸ線発生材料を含む直角長方プリズムの形の微細構造を有する複数のサブ線源７００の配列を備える、ターゲットの領域１００１を示す。図２８Ａは、このターゲット用の１６個の微細構造７００の斜視図を示す一方、図２８Ｂは同じ領域の上面図を示し、図２８Ｃは同じ領域の側面／断面図を示す。（本開示における「側面／断面図」という用語に対して、意味される図は、対象物の断面が作成され、次に横側から断面の表面の方向を見たような図である。この図は、断面部分の詳細、並びに基板自体が透明であると仮定した場合に（ダイアモンドの場合に、概して可視光に当てはまる）、横側から見られ得た材料のさらに内部の両方を示している）。
【０１５１】
これらのターゲットにおいて、複数の微細構造は６個の側面のうち５つで基板と密接に熱的接触をするように、製造されている。示されるように、微細構造７００の上部は、基板の表面と同一平面を成すが、微細構造が凹所にある他のターゲットが製造されてよく、さらに複数の微細構造が基板の表面に対して局所的な「バンプ」を示す他のターゲットが製造されてもよい。
【０１５２】
本発明のいくつかの実施形態において使用され得るような代替的なターゲットは、基板の表面上に単に堆積された複数の直角長方プリズムの数個の微細構造を有し得る。この場合、プリズムの底面だけが、基板と熱的接触をし得る。図２８Ｃに示されるような側面／断面図で、深さＤＺおよび基板の面における横寸法ＷｘおよびＷｙを有して基板に埋め込まれた微細構造を有する構造の場合、基板と接触する合計の表面積の、埋め込み微細構造の堆積微細構造に対する比率は、次の式で表される。
【数１３】
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ＷおよびＬに対してＤの値が小さい場合、比率は実質的に１になる。厚みが大きくなると比率も大きくなり、等しい５個の側面が熱的接触をする立方体（Ｄ＝Ｗ＝Ｌ）では、その比率は５である。質量密度および熱伝導率に関して基板と類似の特性を有する材料のキャップ層が使用される場合、比は６まで増加し得る。
【０１５３】
図２９Ａ〜図２９Ｃは、図１３で前に示されたもの等、本発明のいくつかの実施形態において使用されてよいターゲットの領域１００１を示し、それは、規則的配列において配置されたＸ線発生材料を有する複数の直角長方プリズムの形の微細構造を有する線状サブ線源７０１の配列を備える。図２９Ａ〜図２９Ｃは、このターゲットの３つの微細構造７０１の斜視図を示す一方、図２９Ｂは、同じ領域の上面図を示し、図２９Ｃは、同じ領域の側面／断面図を示す。
【０１５４】
この実施形態において、基板の面における複数の横寸法は、ＷｘおよびＬｙである幅および長さである。効果的なサブ線源のサイズは、幅Ｗｘに対応するであろう。
【０１５５】
図３０および図３１は、図２８Ａ〜図２８Ｃおよび図２９Ａ〜図２９Ｃに示されたもの等、複数のターゲットを形成することにおいて生じ得る実用的な課題を示す。図３０は、図２８Ａ〜図２８Ｃに示されるようなＸ線発生微細構造７００の格子で可能な複数の変形例を示し、図３１は、図２９Ａ〜図２９Ｃに示されるような線状Ｘ線発生微細構造７０１で可能な複数の変形例を示す。
【０１５６】
図３０において、他の複数の幾何学的形状の特殊な形の微細構造７００−Ａが形成されてよい。同様に、複数の隙間７００−Ｏも、特定の構造が予想され得る箇所に現れてよい。例えば、Ｘ線発生材料の前形成された粒子を用いる堆積といった他の堆積工程は、複数の電子で衝突させられた場合、複数の粒子７００−Ｃの複数のアンサンブルクラスタを生成してよく、一様構造によって生成されるそれらの機能と類似したＸ線サブ線源として、さらに機能し得る。図３０においてまた示されるのは、複数の結晶構造および複数の粒子境界７００−Ｇを有する微細構造であり、それは、この場合も、一様構造によって生成されるＸ線に類似したＸ線をまだ生成し得るが、微細構造のアンサンブルを有するとみなされ得る。
【０１５７】
全てのこれらの状況において効果的なＸ線サブ線源サイズは、たとえ微細構造がかなり小さい複数の粒子を有するとしても、サイズパラメータａを用いて近似され得る。
【０１５８】
図３１において、線状微細構造７０１を製造する場合に生じ得るような微細構造のアンサンブルの複数の例が示される。均一である事前に製造されたＸ線発生材料の複数の粒子が生成され、基板上へコーティングされる場合、Ｘ線発生材料の複数の粒子７０３のアンサンブルが形成され得る。他の工程において、不均一な複数の粒子が使用される場合、複数の粒子７０４−Ａおよび７０４−Ｂのクラスタが、場合によっては複数の隙間の間隙を含み得る不均一な分散と共に形成され得る。他の工程において、Ｘ線発生材料の複数の粒子７０４のアンサンブルは、線状のＸ線源を近似し得る。
【０１５９】
これらのアンサンブルの全ては、複数の電子で衝突させられた場合、均一の線状構造によって生成されるものと機能が類似した複数のサブＸ線源としてまだ機能し得る。これらの状況において効果的な線源のサイズは、たとえ微細構造がかなり小さい複数の粒子を有するとしても、サイズパラメータａを用いて近似され得る。
【０１６０】
電子衝突中に生じ得る熱伝導は、図３２において複数の代表的な矢印で示され、図３２において、基板１０００に埋め込まれた複数のサブ線源７００において発生する熱は、底部および複数の側面を介して複数のサブ線源７００を有する微細構造から外へ伝えられる（複数の側面を介して図面の面から外へ伝達するための矢印は、示されていない）。面積Ａ、厚みｄの材料を介して伝達される単位時間当たりの伝熱量（ΔＱ）は、次の式で与えられる：
【数１４】
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ここで、κは、熱伝導率（Ｗ／（ｍ℃））であり、ΔＴは、厚みｄを横切る温度差（℃）である。従って、表面積Ａにおける増加、厚みｄにおける低下、およびΔＴにおける増加は全て、熱伝導の比例的増加につながる。
【０１６１】
代替的実施形態が、図３３に例示されており、ここで基板は冷却経路１２００をさらに有する。そのような冷却経路は、上述されたように、基板から熱を奪うための水または何らかの他の冷却流体を用いた従来技術の冷却経路であってよく、または埋め込み微細構造７００の近くの複数の領域から熱を最良に除去するように適応された設計に従って製造されてもよい。
【０１６２】
様々な実施形態の他の複数のターゲット構造が、当業者らによって理解され得るか、または考案されてよく、そこで、例えば基板は、熱の伝達を向上させるために銅ブロック等のヒートシンクに結合され得る。次に銅ブロックもその中に、ブロックから熱を奪うのに役立つ複数の冷却経路を有し得る。代替的に、基板は、熱電冷却器に取り付けられてよく、電圧がその中の特別に構成された半導体デバイスに印可される。これらのデバイスにおいて、電流の流れは、一方の側を冷却させるが、他方の側を加熱させる。ペルチェ冷却器等の市販のデバイスは、デバイス全体にわたって最大７０℃の温度差を生成し得るが、熱源から大量の熱を除去するそれらの全体的な能力には限界があり得る。蒸発し、凝固する熱伝導流体を含む複数の熱パイプが、小型設計が考慮される場合にサーバ・ファームにおいてＣＰＵチップを冷却するのに使用されるように、基板を冷却するのにも使用され得る。
【０１６３】
代替的に、基板は、液体窒素が流れるための複数の経路を含むブロック等の極低温冷却器に取り付けられるか、または、液体窒素の容器もしくは不凍液等の何らかの他の極低温物質と熱的接触をして、より強い冷却を供給し得る。基板が、ダイアモンド、サファイア、ケイ素、または炭化ケイ素等の材料を有する場合、熱伝導率は概して、室温から温度が減少するとともに増加する。そのような場合において、これらのより低い温度に冷却することに耐え得るように、ターゲットを設計することが好ましくてよい。
【０１６４】
図３４は、複数の微細構造７００を形成するＸ線発生材料を埋め込む前に、基板１０００に形成された複数のキャビティが、（好ましくは最小の厚みの）密着層７１５で最初にコーティングされる、本発明の複数の実施形態において使用され得るターゲットの代替例を示す。そのような密着層は、Ｘ線材料と基板材料との間の結合が弱い場合に適切であり得る。密着層は、２つの材料の熱膨張係数間の差異が大きい場合に、バッファ層としての機能も果たし得る。いくつかの材料の選択では、材料が複数の微細構造から基板材料へ（またはその逆に）拡散するのを防止すべく、密着層が拡散障壁層に置き換えられ得るか、または（別の層を加えることによって）拡大され得る。密着層および／または拡散障壁層が使用される複数の実施形態では、複数の微細構造７００から基板１０００への熱の流れが密着層７１５の存在によって著しく妨げられたり絶縁されたりしないように、材料および厚みの選択は層の熱特性も考慮すべきである。
【０１６５】
図３５は、導電層７２５がターゲットの表面に加えられた実施形態において使用され得るターゲットの代替例を示す。複数の電子によって衝突させられた場合、過剰な電荷は、ターゲットがアノードとして効果的に機能するための接地に戻る経路を必要とする。図２８Ａ〜図２９Ｃに示されたようなターゲットが、離散した未接続の複数の微細構造７００だけを、電気的に絶縁された基板材料（ドープされていないダイアモンド等）内に有し、継続する電子衝突下にあった場合、大きな電荷が表面上に蓄積され得る。さらにカソードからの複数の電子は、ひいては、同じエネルギーを有するターゲットと衝突しないか、または反発さえされ、Ｘ線の発生を減少させ得る。
【０１６６】
これは、アルミニウム（Ａｌ）、ベリリウム（Ｂｅ）、炭素（Ｃ）、クロム（Ｃｒ）、またはチタン（Ｔｉ）等の比較的低い原子番号を有することが好ましい導電性材料の薄い層を堆積させることによって対処され得、これにより、複数の離散的微細構造７００から、高電圧供給源に対して正極に接続する電気経路７２２への電気伝導が可能となり得る。実際には、この端子は、典型的にシステムの電気接地であるが、カソードの電子源には負の高電圧が供給されている。
【０１６７】
図３６は、複数のサブ線源７０２が基板１０００内により深く埋め込まれるか、または埋設された、本発明の実施形態に使用され得るターゲットの別の例を示す。そのような埋め込み微細構造は、例えばダイアモンドであってもよいさらなる層１０１０の堆積によってさらに覆われ得、基板と同じ熱伝導特性を提供し得る。これにより、埋設されたサブ線源７０２の全ての側面から、熱が放散されることが可能となる。そのような状況で、かつさらなる層１０１０が十分な導電率を有さない場合、その構造上に入射する電子のために接地への経路７２２を提供することが望ましく、それはさらなる層１０１０を堆積させる前に設けられた埋め込み導電層７２６の形であってよい。いくつかの実施形態において、この導電層７２６は、埋め込み導電層７２６を、ターゲット表面上のさらなる導電層７２８に連結するための導電性構造を提供する「ビア」７２７、または鉛直方向の接続を、多くの場合、ピラーまたは円柱の形でおそらく有し、次にさらなる導電層７２８は、接地への経路７２２または高電圧供給源に接続される。
【０１６８】
図３７は、複数のサブ線源７０２がこの場合も基板内に埋設された、本発明の複数の実施形態において使用され得るターゲットの別の例を示す。しかしながら、この実施形態では、最初に導電層を設け、その後にさらなるキャップ層を堆積させる代わりに、電気特性と熱伝導特性との組み合わせのために選択された単層７７０のみが、この実施形態において堆積させられる。これは、例えば、表面に対して鉛直に配置されたカーボンナノチューブ（Ｚ＝６）の堆積であってもよく、そうすることで、それらは、複数の埋設微細構造７０２から熱および電子の両方を放散させる。次に、この単層７７０は接地への経路７２２に接続されて、ターゲットがＸ線発生システムのアノードとして機能することを可能にし得る。代替的に、層７７０の材料は、アルミニウム（Ａｌ）、ベリリウム（Ｂｅ）、クロム（Ｃｒ）、または銅（Ｃｕ）を有するように選択されてよい。
【０１６９】
図３８は、遮断材料７２９のさらなる複数のパターンが、ターゲット基板１０００の裏面上に堆積させられた、実施形態の別の変形例を示す。選択された材料の組み合わせについてのフィギュア・オブ・メリットが、表ＩＩにおいて上述されたように、大きくない場合、画像のコントラストを低減するであろう基板によって発生したかなりのＸ線がまだあり得る。これらの基板発生のＸ線は、遮断構造７２９としての、金等の適当な材料の堆積によって阻止され得る。金（Ｚ＝７９）は、図３９に示されるように、強いＸ線吸収を有する。これらの遮断構造を堆積させる複数のプロセスは、標準的な堆積プロセスを有してよく、位置合わせ工程が、対向する側におけるＸ線発生構造との位置合わせを確実にすべく、必要とされてもよい。
【０１７０】
複数の実施形態が、図２６〜図３８に別個に示され、これらを製造する様々な工程が後に示されるが、これらの実施形態の複数の要素は、互いに組み合わされ得るか、または当該分野で知られている他の一般に知られている複数のターゲット製造方法と組み合わされ得ることが、当業者には明らかであろう。例えば、図３７の埋設された複数のサブ線源７０２は、図３０および図３１に示されたような微細構造の複数の粒子も有してもよい。同様に、図３４に示されたような密着層７１５は、図３５に示されたような複数の埋め込みサブ線源７００の製造に適用されてもよい。これらの代替例の分離は例示のみを目的としており、任意の特定の工程を限定することを意味するものではない。
【０１７１】
図２６〜図３８に示される複数のサブ線源は、均一のサイズおよび形状を有する複数の規則的間隔のパターンとして示されたが、不均一のサイズおよび形状を有する複数のサブ線源の正方パターンも本発明のいくつかの実施形態において使用されてもよい。さらに、規則的な周期的パターン内の各サブ線源は、さらに、不均一なサイズおよび形状の複数のより小さい微細構造を有してもよい。これらのより小さい微細構造は、不規則的であってよく、複数の微細構造の各群が有する大型サブ線源が、本質的に周期的である限り、類似のＸ線放出特性または強度を必ずしも有する必要はない。
【０１７２】
同様に、いくつかの実施形態は、例えば、直角長方プリズムの形状の微細構造で説明されたが、複数の製造プロセスは、使用される特定のプロセスの製品に応じて、９０°以外の角度で壁を有するか、または正確に直角の角部を有するのではなく、丸められ得るか、面取りされ得るか、またはアンダーカットされ得る複数の構造を形成し得る。複数の微細構造が本明細書で説明された形状と実質的に類似する複数の実施形態は、たとえ複数のプロセス製品が、例示された、または説明されたような形状からいくらかの逸脱をもたらすとしても、開示されているものとして当業者らによって理解されるであろう。
【０１７３】
システムの他の複数の実施形態において、従来技術のＴａｌｂｏｔ‐Ｌａｕ干渉計において使用されるもの等の周期的減衰格子Ｇ０も本発明の線源と併せて使用されてよい。そうすることで、複数のサブ線源の周囲の基板材料によって発生するＸ線がさらに減衰し、線源のより高い単色性および従ってより高い空間的コヒーレンスを可能にする。格子の複数の開口部は、複数の微細構造のＸ線サブ線源の投影と一致すべきであり、またはいくつかの実施形態において、線源の下流側のＴａｌｂｏｔ分数もしくは整数距離において、線源の自己像と一致する複数の開口部と共に配置され得る。格子Ｇ０は、製造性を容易にするため、高い原子番号および比較的低いアスペクト比を有するのが好ましい。
【０１７４】
３．さらなる実施形態
３．１．さらなる吸収グリッド
複数のさらなる実施形態は、さらなる吸収グリッドを有してよく、機能および配置は、散乱した放射（イメージングシステムの分解能より実質的に小さい寸法を有する複数の微細構造からのコンプトン散乱および弾性散乱等）を低減するように設計される。そのグリッドは、上述の様々な実施形態または様々なＸ線吸収イメージング技術を含む、Ｘ線イメージングにおける背景および多くのＸ線イメージング技術における画像コントラストの減少に寄与する。複数の画像を形成する一次放射線の強度に対する散乱放射線の強度の比は、例えば、照射されている大量の組織を伴うものおよび高エネルギーＸ線を必要とするものといった大量な散乱が生成される場合にイメージング検査に特に重要であり、従って肥満の患者または（例えば、頭顔、高密度の胸部組織等）複数の高密度の体部分に対する病気診断の有効性を限定する。散乱防止用グリッドにおける現在の技術は、通常、高い放射透過を有する媒体（アルミニウムまたはファイバー材料等）と組み合わされる（通常、鉛のような高いＺの材料を用いて製造される）高放射吸収隔壁を有する。それは、グリッド比（複数の構造の高さとそれらの間の間隔との比）、周期、および隔壁幅によって通常特定される。しかしながら、散乱防止用グリッドの使用は、１次ビームの何分の１もが複数の隔壁によって減衰させられるので、患者へのより高い放射線暴露を必要とする。
【０１７５】
既存の散乱防止用グリッドの一般的な欠点は、複数の隔壁が、対象物を介して透過する有用な一次Ｘ線も吸収し、画像信号の望ましくない減少をもたらし、従って試料または患者に対して増加した放射線量をもたらすことである。
【０１７６】
本発明の複数の実施形態は、上記で前に開示されたように、Ｔａｌｂｏｔ効果を使用するように設計された具体的なイメージング設定によって決定される複数の隔壁のパターンを有する散乱防止用グリッドの使用によっても拡張し得る。本発明の一実施形態は、ビーム分割格子Ｇ１と検出器との間に配置された散乱防止用グリッドを有する。グリッド間隔の周期および位置は、複数の隔壁が、Ｔａｌｂｏｔカーペットの複数のノードであるべき位置にあるように決定されてよい。散乱防止用グリッドは、好ましくは、一次放射線の効率的な透過を許可する間に、散乱した放射線を吸収し、背景ノイズの減少および画像コントラストの増加をもたらす。散乱防止用グリッドは、隔壁に対し単純な１−Ｄ構造を有してよいが、使用されることが意図される、Ｔａｌｂｏｔ干渉パターンに調整された２−Ｄ構造もしくは３−Ｄ構造さえも有するように設計されてよい。
【０１７７】
散乱防止用グリッドを組み込む本発明の実施形態の例示は、図４０に示されている。本開示に示される複数の他の実施形態と同様に、Ｘ線８８８は、電子ビーム１１１が衝突すると、Ｘ線発生材料を含む微細構造領域７００から発せられる。発せられたＸ線は、この場合マウス２４０−Ｍである試料を介して透過させられ、透過したＸ線は検出器２９０において検出される。しかしながら、マウス２４０−Ｍを通り抜けることにおいて、コンプトン散乱および他の望ましくない散乱現象が生じ得、多くの異なる角度において伝搬し得、吸収画像コントラストを低減し得るＸ線８８９−Ｃを生成する。
【０１７８】
散乱防止用グリッド４２０の挿入は、画像形成に寄与するＸ線の大部分を通る間、散乱したＸ線を減衰させることを援助する。本明細書で、Ｇ４として示された散乱防止用グリッド４２０はＧ１として示されるビーム分割格子２１０からの距離Ｄαにおいて配置される。散乱防止用グリッド４２０は、通常、Ｘ線にほとんど透明である材料（アルミニウムまたはカーボンファイバー材料等）から作成される基板４２２を有するであろう。金、スズ、白金、タングステン、タンタル、ニッケル、鉛、銅、ガドリニウムまたは何らかの他の高いＺの材料等のＸ線を吸収する材料を含む多数の吸収構造４２４が、周期的な様式でその上に配置された。吸収構造４２４の厚みは、Ｘ線イメージングエネルギーによって決定され、それは次に、例えば、４０ｋｅＶにおける幼児のイメージング用の応用によって決定され、そのような構造の厚みは、鉛に対し数百ミクロンのオーダーであってよい。いくつかの実施形態において、基板および吸収構造は両方とも、高いＺの材料の単一のウェハまたはブロックから製造されてよい。複数の吸収構造４２４の間の間隔は、空気のみを有し得るか、またはその中で堆積した別の低いＺの材料を有し得る。そのような複数の実施形態において、ビーム分割格子Ｇ１からの距離Ｄαは、その位置が分数のＴａｌｂｏｔ距離の１つにあるように設定されるであろう。すなわち、
【数１５】
0006529984.tif 000019
ここで、ＤＮは、平面波照明に対する分数のＴａｌｂｏｔ距離であり、λは、平均Ｘ線波長であり、Ｎは、Ｔａｌｂｏｔ分数次数として称される。
【０１７９】
散乱防止用グリッドにおける構造の周期は、
【数１６】
0006529984.tif 000020
であると設定されてよい。ここで、ｐ０は、微細構造の線源の周期であり、Ｌは、複数のＸ線源７００とビーム分割格子２１０との間の距離であり、Ｋは、ビーム分割格子がπ／２の位相シフトを導入する場合に１に等しく、ビーム分割格子がπの位相シフトを導入する場合に１／２に等しい倍率である。
【０１８０】
散乱防止用グリッドは、１−Ｄ格子または２−Ｄ格子であってよく、ｘおよびｙ軸における周期は、上記の式１６を用いて、ビーム分割格子において対応する（例えば、水平および鉛直方向）周期と対応する。いくつかの実施形態において、複数の吸収線は、＞５：１のアスペクト比、すなわち、複数の特徴部は特徴部間の間隙の幅より５倍以上高く配置され、複数の吸収領域の垂直入射透過は１０％未満となるであろう。複数の隔壁は、隔壁の領域の合計の領域に対する比が、２０〜５０％の範囲に及ぶように設計されてよい。位置は、複数の散乱防止用の隔壁が、ビーム分割格子２１０によって形成される複数の干渉縞と位置合わせされることを可能にし得るコントローラ４２５によって制御され得る。その位置は、複数の散乱防止用の隔壁が、ビーム分割格子２１０によって形成された複数の干渉縞と位置合わせされることを可能にし得るコントローラ４２５によって制御され得る。
【０１８１】
散乱したＸ線の一部は、角度を成して、散乱防止用グリッドの複数の開口部を通って透過することを可能にする複数の方向にさらに伝搬してよい。しかしながら、複数の吸収構造が、Ｔａｌｂｏｔ縞パターンの複数のノードと共に配置されるように散乱防止用グリッドを配置することによって、散乱したＸ線の５０％から７５％またはそれ以上が吸収され得るが、その一方で、Ｔａｌｂｏｔ縞パターンのほぼ１００％は透過される。いくつかの実施形態において、複数の吸収構造は、各ノードに合致されないが、代わりに、複数のノードの整数倍と合致させられてよい。
【０１８２】
散乱したＸ線のさらなる減少は、第２の散乱防止用グリッドを含むことによって実現され得る。これの第２のグリッドは、第１の散乱防止用の格子の極めて近くの同じＴａｌｂｏｔ距離において配置され得、複数の特徴部の吸収およびアスペクト比を効果的に増加させるか、またはそれは、複数の前の実施形態において議論されたような同じ設計考慮を用いて別のＴａｌｂｏｔ距離において位置付けられてもよい。
【０１８３】
図４１は、位相格子のＴａｌｂｏｔ画像における２つの散乱防止用グリッドの配置を示す。示されるようなＴａｌｂｏｔパターンは、ＢＩＯＭＥＤＩＣＡＬ  ＭＡＴＨＥＭＡＴＩＣＳ：Ｐｒｏｍｉｓｉｎｇ  Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓ  ｉｎ  Ｉｍａｇｉｎｇ,  Ｔｈｅｒａｐｙ  Ｐｌａｎｎｉｎｇ，ａｎｄ  Ｉｎｖｅｒｓｅ  Ｐｒｏｂｌｅｍｓ（Ｍｅｄｉｃａｌ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ、ウィスコンシン州、マディソン、２０１０年）の第２８１〜３２０頁のＡ．Ｍｏｍｏｓｅ他による「Ｘ‐Ｒａｙ  Ｐｈａｓｅ  Ｉｍａｇｉｎｇ  ｗｉｔｈ  Ｔａｌｂｏｔ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ」等の参考文献で前に示されているように、１：１のπ／２位相格子に対応する。
【０１８４】
試料を介して透過するＸ線８８９は、左から入り、１：１のπ／２位相格子２１０の上へと落ちる。空間的にコヒーレントな照明下で、格子は、前の実施形態で議論されたように、Ｔａｌｂｏｔカーペットを生成する。第３の分数のＴａｌｂｏｔ距離（Ｎ＝３）において、吸収格子４２０は、図４１のＸ線遮断材料を意味する一式の白いボックスによって指定された複数の吸収線が、Ｔａｌｂｏｔカーペットの複数のノードと位置合わせされるように、配置され、位置付けられる。第５の分数のＴａｌｂｏｔ距離（Ｎ＝５）で、別の吸収格子４３０が、図４１のＸ線遮断材料を意味する一式の白いボックスによって指定された複数の吸収線が、Ｔａｌｂｏｔカーペットの複数のノードと位置合わせされるように、配置され、位置付けられる。Ｔａｌｂｏｔパターンの強度は、比較的変化しないままである一方、複数の白い矢印によって示される散乱したＸ線８８９−Ｃは、これらの吸収格子４２０および４３０によってほとんど遮断されるであろう。示されたＴａｌｂｏｔカーペットの形成は、ビーム分割格子が、十分な空間的コヒーレンスを有するＸ線で照らされるものに対応することに留意されるべきである。
【０１８５】
複数の散乱防止用グリッドにおける設計およびパターンは、複数のビーム分割格子へと製造された複数のパターンに対応するであろう。例えば、図１７のメッシュパターンが、ビーム分割格子Ｇ１として使用される場合、散乱防止用グリッドは、メッシュパターンにおいても配置され得る。図１８の市松模様パターンが、ビーム分割格子Ｇ１として使用される場合、散乱防止用グリッドは、市松模様パターンにおいても配置され得る。あるいは、図１８の市松模様パターンが４５°回転させられ、ダイアモンドパターンを形成する場合、散乱防止用グリッドは、回転されたチェッカーボード（ダイアモンド）パターンにおいても配置され得る。さらなる実施形態が、ハニカム構造等の他の周期的構造をさらに含んでよい。
【０１８６】
散乱防止用グリッドを介した透過は、複数の吸収特徴部のアスペクト比および相対サイズの関数である。これは、図４２に示されている。格子の高さは、ｈｇによって与えられる一方、複数の吸収構造の間の複数の開口部の幅は、ｗｇであり、散乱防止用格子の周期は、ｐ４である。法線から伝搬角度θを有する散乱したＸ線は、
【数１７】
0006529984.tif 000021
が、それらが複数の吸収構造の１つの端部に偶然衝突しない場合、グリッドを概して通り抜けるであろうように満たされる。  垂直入射Ｘ線の透過は、吸収および非吸収構造の領域の比によって与えられるであろう。ｐ４＝２ｗｇである５０／５０グリッドの場合、最良な透過は５０％であろう。この場合、一次放射線に関して小さい散乱角度における散乱の透過の割合は、一次放射線と同じであり、散乱放射の優先的な吸収はない。
【数１８】
0006529984.tif 000022
より大きい散乱角を有する散乱放射について、散乱防止用グリッドは、散乱放射を優先的に吸収する。
【０１８７】
いくつかの実施形態において、散乱防止用グリッドが、検出器用の分析格子Ｇ２に加えて使用されてもよい。そのような実施形態は、図４３に示される。そのような構成を用いて、本発明の複数の実施形態は、試料についての追加情報を取得することを可能にする。
【０１８８】
図４３に示されるような実施形態は、様々な実施形態において開示されたような複数の微細構造の周期的配列サブ線源を有するＸ線源００２と、ビーム分割格子Ｇ１２１０と、散乱防止用グリッドＧ４４２０と、分析格子Ｇ２なしの検出器２９０とを備える。ビーム分割格子２１０および散乱防止用グリッド４２０がない場合、このイメージングシステムは、通常は延長されたＸ線源である微細構造のＸ線源００２を除いては、ほぼ全ての従来のＸ線イメージングシステムに類似している。散乱防止用グリッドの現在の技術は、一次放射線に関して小さい散乱角度を有する散乱した放射線を吸収するには、それが散乱放射および一次放射線の両方に対して透明な領域のかなりの割合を有するので、効果がない。これは、コンプトン散乱等の散乱が、吸収コントラスト情報を伝達する信号より５倍高くなり得る乳児または圧縮されていない胸部等の被験者を観察するのに特に重要になる。本発明の複数の実施形態によると、散乱放射は、分数のＴａｌｂｏｔ距離の１つにおいて散乱防止用グリッドを配置し、対応するＴａｌｂｏｔカーペットの複数のノードを有する複数の吸収線を位置付けることによって、優先的に吸収され得る。この実施形態は、臨床Ｘ線イメージングおよびセキュリティ検査等、高エネルギーＸ線を有する大容量の対象物を結像するのに特に重要である。
【０１８９】
本発明の別の実施形態によると、暗視野画像が、分数のＴａｌｂｏｔ距離の１つにおいて散乱防止用グリッド４２０を配置し、対応するＴａｌｂｏｔカーペットの複数のアンチノード（または複数のアンチノードの整数倍）を有する複数の吸収線を位置付けることによって、分析格子２２０を有していない検出器２９０によって記録されてよい。別の暗視野画像が、吸収グリッド４２０を有していないが位置合わせされた分析格子２２０を有する検出器２９０によって記録され得、そうすることで、その複数の吸収部分は、Ｔａｌｂｏｔカーペットの複数のアンチノードと位置合わせされる。２つの異なる暗視野画像が、ビーム分割格子２１０からの異なる複数の距離において得られるので、それらは、対象物について異なる空間情報を含むであろう。
【０１９０】
本発明の別の実施形態によって、分数のＴａｌｂｏｔ距離の１つにおいて散乱防止用グリッドを配置し、対応するＴａｌｂｏｔカーペットの複数のノードを有するその複数の吸収線を位置付けることによって、微分位相コントラスト、同時の位相、吸収、および散乱画像を取得する位相ステッピングを含み、位相ステッピングの必要なく高空間分解能検出器を用いる、散乱防止用グリッドを有さないいくつかの確立された位相コントラストイメージング技術が使用され得る。
【０１９１】
３．２検出器ＭＴＦおよびＤＱＥ
検出器構成および位置付けの複数の変形例は、本発明に従って構成されたＸ線システムの信号対雑音比における改善にも寄与し得る。複数の検出器特性の選択によって影響を受け得るフィギュア・オブ・メリットは、変調伝達関数（ＭＴＦ）および検出量子効率（ＤＱＥ）である。
【０１９２】
上記のようなコンプトン散乱の存在は、これらのフィギュア・オブ・メリットの劣化に寄与し得る。しかしながら、複数の他の因子もＭＴＦおよびＤＱＥに影響を与え得る。検出器の達成可能なＭＴＦおよびＤＱＥは、複数の異なる物理的プロセスに依存する。全てのＸ線アレイ検出器に対する固有の物理的プロセスは、電離放射によって生成される複数の光電子の相互作用（移動）の範囲、入射Ｘ線による検出器感知材料における複数の原子の電離／脱励起によって生成された二次Ｘ線蛍光の生成、および表面法線に関連して斜めの入射角で感知材料の限りのある厚みから生じる視差のブレを含む。コンプトン散乱した放射線の再吸収および検出器の材料による二次蛍光Ｘ線は、ＭＴＦおよびＤＱＥの減少にも寄与し得るが、この寄与は、通常無視できる。
【０１９３】
実際の検出器における追加のプロセスは、ＭＴＦおよびＤＱＥの減少にも寄与し得る。直接変換デジタルアレイ検出器（非結晶セレニウム光伝導体ベースの平面パネル検出器等）では、複数の電荷搬送手段の横方向の拡散が、ＭＴＦおよびＤＱＥの減少に寄与し得る。蛍光体材料（Ｇｄ２ＣＯ２Ｓ等）の層またはシンチレータ（列成長させられたＣｓＩファイバ等）を備える間接的変換デジタルアレイ検出器では、散乱によって拡散される光は、検出器におけるＭＴＦおよびＤＱＥの減少に著しく寄与し得る。
【０１９４】
全てのデジタルアレイ検出器では、フィルファクタ（有効検出領域の割合）は、ＭＴＦおよびＤＱＥの減少にも寄与するであろう小さい検出画素において特に問題があり得る。ＭＴＦおよびＤＱＥの減少に寄与する全ての因子では、これらの効果は、増加する検出解像度（より小さい画素）と共に悪化し、多くの設計妥協およびトレードオフをもたらし得る。これは、シンチレータ／蛍光体の厚み（および、従って、その量子検出効率）、光散乱で引き起こされた画像のブレによる空間分解能の限界、および複数の考慮の間での妥協と、（光電子の範囲が反比例する）材料質量密度といったフィルファクタのような検出器パラメータで分解能（より小さい画素）を向上させること、および特性蛍光Ｘ線の範囲を決定する検出器感知材料の元素組成等の間でのトレードオフとを含む。
【０１９５】
ＭＴＦおよびＤＱＥに対するほぼ全ての有害因子は、複数の検出画素の端部の近くまたはそれらにおいて、放射線が入射する場合、最大に寄与する。従って、ＭＴＦおよびＤＱＥにおける改善は、全ての入射放射線が、複数の検出画素の中央において入射するように方向付けられる場合に実現され得る。
【０１９６】
一般に、配備された位置に敏感な検出器は、固有の角度感知／拒否能力を有さない。散乱した放射線（対象物において複数の微細構造による小さい角度の散乱並びにコンプトン散乱を含む）は、望ましくない画像背景の一部であり、所望される放射線による複数の「カウント」からは区別できない検出器における複数の「カウント」を生成する。
【０１９７】
従って、散乱した放射を引き離すかまたは低減する検出器を備えるシステムの使用により、システムの画像コントラストおよびＤＱＥが増加し得る。
３．３変更された検出器を用いる実施形態
【０１９８】
上述のように、散乱した放射は、複数の吸収領域が暗いＴａｌｂｏｔ縞に対応するように位置合わせされた吸収グリッドまたは格子を配置することによって遮断されてよい。
【０１９９】
同様に、複数の行（および／または列）の中央が、複数のＴａｌｂｏｔ縞のアンチノードの中央と位置合わせされるように、間隔が開けられかつ位置付けられる検出器グリッドを選択することも可能である。そうすることで、（定義により、入射Ｘ線に対し透明であるようにされる）複数のセンサ画素間の領域が、Ｔａｌｂｏｔカーペットの複数のノードの位置に対応する。そのような間隔および整列を有する検出器を用いることによって、検出器によって普通は吸収されるであろう散乱したＸ線は、吸収されない。結果として、複数の光電子、二次蛍光Ｘ線の再吸収およびコンプトン散乱により、複数のセンサ画素におけるそれらに関連するノイズは、おそらく存在せず、信号対雑音比は改善される。
【０２００】
図４４は、検出器がそのように配置されるシステムを示す。複数の前の実施形態のように、規則的なパターンにおいて配置された複数の微細構造サブ線源７００を備える線源によって発せられるＸ線８８８（すなわち、一式のラインまたは配列）は、検査されるべき対象物２４０‐Ｍを通って伝搬し、ビーム分割格子２１０−Ｄの上へ落ちるＸ線を発生させる。ビーム分割格子は、概して、１または２次元の位相シフト格子であり、格子の間隔および周期ｐ１は、上記の式９において記載されるような複数のサブ線源の間隔に対する関係を有している。示されるようなＴａｌｂｏｔパターンは、例えば、Ｊｐｎ．  Ｊ．  ＡｐｐＪ．  Ｐｈｙｓの第４６巻、２００７年、第Ｌ８９〜Ｌ９１頁のＹ．Ｔａｋｅｄａ他による「Ｘ‐Ｒａｙ  Ｐｈａｓｅ  Ｉｍａｇｉｎｇ  ｗｉｔｈ  Ｓｉｎｇｌｅ  Ｐｈａｓｅ  Ｇｒａｔｉｎｇ」に示されているように、１：１π／２位相シフトパターンを有するビーム分割格子２１０−Ｄに対応する。
【０２０１】
電子バックプレーン２９０−Ｂに接続された様々なセンサ画素２９０−ＢＰを備える検出器は、検出されたＸ線の数に関連する複数の信号を生成し、その信号は、分析のためにコネクタ２９１、そしてデータ処理システム２９５を通過する。検出器は、分数のＴａｌｂｏｔ距離の１つ、すなわち、
【数１９】
0006529984.tif 000023
において配置される。  ここで、ＤＮは、平面波照明についての分数のＴａｌｂｏｔ距離であり、λは、平均Ｘ線波長であり、Ｎ５は、検出器が配置されるＴａｌｂｏｔ分数次数（Ｎ＝１，２，３，...）である。
【０２０２】
複数のセンサ画素の間隔ｐ５が、次に、選択され、対応するビーム分割格子Ｇ１のＴａｌｂｏｔ間隔に対応する。その関係は、
【数２０】
0006529984.tif 000024
によって与えられる。  ここで、ｐ０は、微細構造の線源の周期であり、Ｌは、複数のＸ線源７００と回折格子２１０−Ｄとの間の距離であり、Ｔは、ビーム分割格子が位相シフトπ／２を導入するとき１に等しく、ビーム分割格子が位相シフトπを導入するとき１／２に等しい倍率である。
【０２０３】
図４５は、格子２１０−Ｄが、Ｔａｌｂｏｔ干渉パターンを生成するのに使用される別の実施形態を示す。検出器２９０−Ｂ−Ｌは、複数の画素２９０−ＢＰ−Ｌを有し、それにおいて、検出器の領域の大部分が画素を有し、画素間では小さい間隙があるだけである。検出器２９０−Ｂ−Ｌは、複数のＴａｌｂｏｔパターンのアンチノード（建設的干渉の領域）が、各検出器画素２９０−ＢＰ−Ｌの中央にまたはその近くに入射するように、予め定められたＴａｌｂｏｔ距離（分数もしくは奇数整数）において配置される。従って、検出器は、Ｔａｌｂｏｔパターンの周期に対応する周期性を有する。そのような格子および検出器方式は、前述の微細構造の線源と共に、または微小焦点の線源等の十分な横方向のコヒーレンスを有する任意の他の線源と共に使用されてよい。
【０２０４】
検出器グリッドにおける複数の設計およびパターンは、複数のビーム分割格子へと製造される複数のパターンに対応するであろう。例えば、図１８の市松模様パターンが、ビーム分割格子Ｇ１として使用される場合、検出器グリッドは、市松模様パターンにおいても配置されてよい。あるいは、図１７のメッシュパターンが、ビーム分割格子Ｇ１として使用される場合、検出器グリッドは、メッシュパターンにおいても配置されてよい。図１８の市松模様パターンが、４５°回転させられ、ダイアモンドパターンを形成する場合、検出器グリッドは、回転されたチェッカーボード（ダイアモンド）パターンにおいても配置されてよい。
【０２０５】
３．４  「シングルショット」Ｔａｌｂｏｔ技術。
存在する臨床、セキュリティ検査、および非破壊的試験用のＸ線イメージングシステムは、主に吸収コントラスト（隣り合う特徴部の間の減衰の差異）を使用する。Ｘ線位相コントラストは（隣り合う特徴部の間の位相シフトの差異）が、特に低いＺの材料について、高エネルギーＸ線においてほぼ全ての材料の吸収コントラストより著しく大きくなり得ることが長い間、認識されている。最近、散乱コントラスト（複数の隣り合う特徴部の間の小さい角度の散乱強度の差異）は、イメージング解像度素子（イメージング解像度より小さい寸法の複数の孔および微細構造等）内の複数のイメージングサブ分解能機能に対して認識されてきた。シングルショット（露光）において、微分位相コントラスト画像、位相コントラスト画像、または散乱コントラスト画像のうち少なくとも１つと組み合わせて吸収コントラスト画像を同時に取得することが可能であるのが非常に望ましい。
【０２０６】
数人の研究者は、複数のビーム分割格子およびビーム分割格子に関して僅かに回転された分析格子を使用し、次に、位相コントラスト画像に到達すべく、フーリエ変換画像分析技術を用いる、複数のシングルショットＸ線位相コントラストイメージング技術を開発してきた。この技術の欠点は、画像空間分解能が実質的に低下することである。さらなる開発は、シングルショット技術のさらなる変形［例えば、Ｈ．Ｗｅｎ、Ｅ．Ｅ．Ｂｅｎｎｅｔｔ、Ｍ．Ｍ．Ｈｅｇｅｄｕｓ、およびＳ．Ｃ．Ｃａｒｒｏｌｌによる「Ｓｐａｔｉａｌ  ｈａｒｍｏｎｉｃ  ｉｍａｇｉｎｇ  ｏｆ  Ｘ−ｒａｙ  ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ−ｉｎｉｔｉａｌ  ｒｅｓｕｌｔｓ」ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．Ｍｅｄ．Ｉｍａｇｉｎｇ第２７（８）巻、９９７〜１００２頁（２００８年）、およびＨ．Ｗｅｎ、Ｅ．Ｅ．Ｂｅｎｎｅｔｔ、Ｍ．Ｍ．Ｈｅｇｅｄｕｓ、およびＳ．Ｒａｐａｃｃｈｉ、「Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｘ−ｒａｙ  ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ  ｒａｄｉｏｇｒａｐｈｙ  ｙｉｅｌｄｓ  ｂｏｎｅ  ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ  ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ」、Ｒａｄｉｏｌｏｇｙ第２５１（３）巻、９１０〜９１８頁（２００９年）を参照］を含み、研究者らは、それを「空間高調波法（ｓｐａｔｉａｌ  ｈａｒｍｏｎｉｃ  ｍｅｔｈｏｄ）」と呼ぶ。これらの参考文献において、透過回折格子（グリッド）を含む単一の投影画像は、空間周波数領域において数個の別個の高調波ピークを有するであろう。これらのピークの逆フーリエ変換が、高調波画像において生じる。吸収と回折により引き起こされる減衰との間の相対的重さは、これらの画像の中で異なり、従って、別個の吸収および回折画像を抽出するのに十分な情報を提供する。両方のシングルショット技術によって得られる原画像は、別個の吸収および暗視野（散乱）画像は含まなく、複数の異なるコントラストメカニズムから複数の画像を取得すべく、画像分析を必要とする。
【０２０７】
３．５．  ２つの（「シングルショット」技術用の）変更された検出器を有する実施形態。
本発明の複数の他の実施形態、２つの検出器を有するシステムにおいて、一方の検出器は、分数のＴａｌｂｏｔ距離の１つにおいて配置され、そのグリッド（アクティブ画素）、間隔（複数のアクティブ画素間の透明な領域）および配置と位置合わせされ、そうすることで、複数の行（および／または列）の中央は、複数のＴａｌｂｏｔ縞のアンチノードの中央と位置合わせされる。一方、他方の検出器は、第１の検出器の下流側で分数のＴａｌｂｏｔ距離の別の１つにおいて配置され、そのグリッド（アクティブ画素）、間隔（複数のアクティブ画素の間の、好ましくは透明な領域）および配置と位置合わせされ、そうすることで、複数の行（および／または列）の中央は、複数のＴａｌｂｏｔ縞のノードの中央と位置合わせされる。そのような間隔および整列を有する一対の検出器を用いることによって、吸収および散乱（暗視野）画像の両方は、「シングルショット」において、同時に収集されてよい。いくつかの実施形態において、２つの検出器の位置は逆にされ得るが、この場合、上流側の検出器の複数のアクティブ画素間の間隔は、Ｘ線に対してまだ十分に透明であるべきである。
【０２０８】
図４６は、一対の検出器が、そのように配置されたシステムを示す。複数の前の実施形態にように、規則的なパターン（すなわち、一式のラインまたは配列）において配置された複数の微細構造サブ線源７００を備える線源によって発せられるＸ線８８８は、検査される対象物２４０−Ｍを通って伝搬し、ビーム分割格子２１０−Ｄの上へと落ちるＸ線を発生させる。ビーム分割格子は、概して、上記の式９に記載されたような、複数のサブ線源の間隔に対する関係を有する格子の間隔および周期ｐ１を有する、１または２次元の位相シフト格子である。
【０２０９】
様々なセンサ画素２９０−ＢＰで接続された電子バックプレーン２９０−Ｂを備える１つの検出器は、検出されたＸ線の数に関連する複数の信号を生成し、その信号は、分析のためにコネクタ２９１、そしてデータ処理システム２９５を通過する。上記のように、検出器は、分数のＴａｌｂｏｔ距離の１つ、すなわち
【数２１】
0006529984.tif 000025
において、配置される。ここでＤＮは、平面波照明についての分数のＴａｌｂｏｔ距離であり、λは、平均Ｘ線波長であり、Ｎ５は、第１の検出器が配置されるＴａｌｂｏｔ分数次数（Ｎ＝１，２，３，...）である。検出器２９０−ＢＰの（斜線のボックスによって示される）複数のアクティブ画素は、対応するＴａｌｂｏｔカーペットの複数のアンチノードと位置合わせされる。複数のアクティブ画素間の領域は、好ましくは透明であるが、そうである必要はない。
【０２１０】
上記のように、複数のセンサ画素の間隔ｐ５は、次に、対応するビーム分割格子Ｇ１のためのＴａｌｂｏｔ間隔に対応するように選択される。その関係は、
【数２２】
0006529984.tif 000026
によって与えられる。  ここで、ｐ０は、微細構造の線源の周期であり、Ｌは複数のＸ線源７００と回折格子２１０−Ｄとの間の距離であり、Ｋは、ビーム分割格子が位相シフトπ／２を導入するとき１に等しく、ビーム分割格子が位相シフトπを導入するとき１／２に等しい倍率である。
【０２１１】
しかしながら、この実施形態において、システムは、暗視野に対して検出されたＸ線の数に関連する複数の信号を生成する様々なセンサ画素で接続された電子バックプレーン２９０−Ｄを有する第２の検出器２９０−ＤＰも備え、その信号は、分析のために、コネクタ２９１−Ｄ、そしてデータ処理システム２９５を通過する。上記のように、検出器は、分数のＴａｌｂｏｔ距離の１つ、すなわち
【数２３】
0006529984.tif 000027
において配置される。ここで、ＤＮは、平面波照明についての分数のＴａｌｂｏｔ距離であり、λは、平均Ｘ線波長であり、Ｎ６は、Ｔａｌｂｏｔ分数次数（Ｎ＝１、２、３、...）であり、そこにおいて、第２の検出器が配置される。検出器２９０−ＤＰの複数のアクティブ画素（斜線のボックスによって示される）は、対応するＴａｌｂｏｔカーペットの複数のノードと位置合わせされる。複数のアクティブ画素間の領域は、Ｘ線に対して十分に透明である必要がある。
【０２１２】
上記のように、第２の検出器の複数のセンサ画素の間隔ｐ６は、次に、対応するビーム分割格子Ｇ１についてのＴａｌｂｏｔ間隔に対応するように選択される。その関係は、
【数２４】
0006529984.tif 000028
によって与えられる。ここで、ｐ０は、微細構造の線源の周期であり、Ｌは、複数のＸ線源７００と回折格子２１０−Ｄとの間の距離であり、Ｋは、ビーム分割格子が位相シフトπ／２を導入するとき、１に等しく、ビーム分割格子が位相シフトπを導入するとき、１／２に等しい倍率である。
【０２１３】
複数の検出器グリッド上の設計およびパターンは、ビーム分割格子へと製造される複数のパターンに対応するであろう。例えば、図１８の市松模様パターンが、ビーム分割格子Ｇ１として使用される場合、複数の検出器グリッドは、市松模様パターンにおいても配置されてよい。あるいは、図１７のメッシュパターンがビーム分割格子Ｇ１として使用される場合、複数の検出器グリッドは、メッシュパターンにおいても配置されてよい。図１８の市松模様パターンが、４５°回転させられ、ダイアモンドパターンを形成する場合、複数の検出器グリッドは、回転されたチェッカーボード（ダイアモンド）パターンにおいても配置されてよい。
【０２１４】
この構成では、部分的に透過する第２の検出器２９０−ＤＰは、散乱するコントラスト（複数のサブ分解能機能による小さい角度の散乱によって散乱したＸ線）および／または大きい位相勾配を有する複数の尖った特徴部による屈折（位相）コントラストの組み合わせによる暗視野Ｘ線画像を記録する。一方、第１の（画像）検出器２９０−ＢＰは、小さい位相勾配を有する複数の特徴部による吸収コントラスト画像および／または屈折（位相）コントラストの組み合わせで画像を記録する。代替的に、先の部分的に透過する格子とは逆の特性を有する部分的に透過する格子が、使用され得る。この構成において、部分的に透過する検出器および画像検出器によって記録された複数の画像は、先の検出器構成と比較して、逆にもされる。
【０２１５】
Ｔａｌｂｏｔ干渉縞もしくはパターンの周期の半分の、分数のＴａｌｂｏｔ距離に対する比は、Ｔａｌｂｏｔ縞もしくはパターンの複数のノードにおける散乱した／屈折したＸ線の実質的な存在の近似の測定として使用され得る第１の傾斜測定を提供する。部分的に透過する検出器および主要検出器の配置およびビーム分割格子周期の複数の幾何学的パラメータに対するＴａｌｂｏｔ分数次数、線源と、ビーム分割格子との間の距離、およびＸ線波長を選択することによって、サブ分解能の特徴部サイズまたは優先的に高いコントラストイメージングのための複数の大きい特徴部の所望される位相勾配が最適化され得る。
【０２１６】
２つの検出器の「シングルショット」システムの代替的実施形態が、図４７に示される。本明細書で、明るいＴａｌｂｏｔ縞８８９−Ｂおよび暗いＴａｌｂｏｔ領域８８９−Ｄが、周期ｐ１を有するビーム分割位相格子から離れて伝搬することが示されている。通常、分数のＴａｌｂｏｔ距離の倍数である、適当な離れた距離において、シンチレータ２６０と、付加的に反射コーティング２７０とを備える検出器２９０−ＤＳが配置される。反射コーティングは、シンチレータがＸ線を吸収し、可視光または近紫外線光を放出する場合に発せられる可視光９８８が、シンチレータへと反射されるようになっている。検出器２９０−ＤＳは、反射器２８０、シンチレータ２６０および反射器２７０を通って透過するＸ線を検出し、複数のセンサ画素２９０−ＤＰＳをさらに有してよく、複数のセンサ画素２９０−ＤＰＳは、それらの位置が、Ｔａｌｂｏｔパターンの複数のノードに対応するであろうように、周期を有する規則的配列において配置される。この検出器２９０−ＤＳは、次に、イメージングシステムの分解能要素より小さい寸法を有する複数の特徴部による散乱によって複数のノードで検出されるＸ線の数に関連する複数の信号を生成し得、これらの信号は、分析のために、コネクタ２９１−Ｄ、そしてデータ処理システム２９５を通過する。
【０２１７】
シンチレータ２６０は、１−Ｄまたは２−Ｄパターンにおいてもコーティングされてよく、そうすることで可視光または近紫外線光子は、高いＸ線強度に対応する領域（すなわち、Ｔａｌｂｏｔ縞の複数のアンチノード）のみにおいて発せられる。
【０２１８】
システムは、また、Ｘ線を透過させるが、可視光および／または紫外線光子を反射するビーム分割器２８０と、Ｔａｌｂｏｔ干渉パターンの複数の明視野部分の画像を形成する可視のＵＶイメージングシステム３８０（例えば、レンズまたは顕微鏡対物レンズ）とを備える。シンチレータによって放出された複数の可視の紫外線光子９８８は、このビーム分割器から反射し、反射した複数の可視光／ＵＶ光子９８８−Ｒは、明視野検出器２９０−ＢＳ上へ、可視光／ＵＶイメージングシステムによって画像へと形成される。可視光／ＵＶ検出器は、画素の均一な配列を有してよく、または周期ｐを有し、複数の位置が、Ｔａｌｂｏｔパターンの複数の明視野部分の画像に対応するように配置された複数の選択された領域を有してよい。可視光／ＵＶ検出器２９０−ＢＳは、Ｔａｌｂｏｔ縞の複数のアンチノードにおいて検出されたＸ線の数に関連する複数の信号を生成し、その信号は、分析のために、コネクタ２９１‐Ｂ、そしてデータ処理システム２９５へと通過する。
【０２１９】
この様式において、明視野および暗視野情報の両方が、図４６に示されたような一対の検出器の場合であり得るように、複数の検出器が互いに遮断することなく平行に収集される。
【０２２０】
４．格子の製造。
本発明の複数の実施形態で使用された複数の格子の製造は、Ｃｈｒｉｓｔｉａｎ  Ｄａｖｉｄ（Ｃ．Ｄａｖｉｄ他、「Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ  ｇｒａｔｉｎｇｓ  ｆｏｒ  ｈａｒｄ  ｘ―ｒａｙ  ｐｈａｓｅ  ｃｏｎｔｒａｓｔ  ｉｍａｇｉｎｇ」、Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎ.Ｅｎｇ.８４、１１７２〜１１７７、２００７年）によって前述されたもの等の公知の従来技術の製造プロセスを用いてなされてよい。
【０２２１】
Ｘ線のための複数の格子は、ケイ素基板を用いて、吸収の変化を引き起こすべく、金（Ａｕ、Ｚ＝７９）等の高いＺ材料の位相の変化および堆積を引き起こすようにトポグラフィにおけるエッチングの変化を用いて製造されてよい。金およびケイ素の複数のＸ線吸収特性は、図３９に示される。
【０２２２】
図４８に示されるように、周期的パターン３０１０は、ケイ素基板３０００へとエッチングされ得、垂直入射で落ちるＸ線の周期的位相シフトを導入する構造を生成してよい。位相シフトは、エッチング深さに依存し、以下の条件が満たされる場合、垂直入射Ｘ線に対してπラジアンである位相シフトが実現される。
【数２５】
0006529984.tif 000029
【０２２３】
いくつかのＸ線エネルギーにおけるケイ素に対する複数の値δが、πラジアンの位相シフトに対しエッチングされた構造が必要とする深さと共に、表ＩＶに示される。
【０２２４】
典型的な格子製造工程は、＜１１０＞で方向付けられたケイ素ウェハをフォトレジストでコーティングする段階と、従来のフォトリソグラフィ、集束イオンビームリソグラフィ、または電子ビームリソグラフィを用いてレジストをパターニングする段階とを有する。ケイ素は、次に、エッチングが、レジストによって覆われていないケイ素の複数の部分のみに対し選択的に発生する状態で、例えば、水酸化カリウム（ＯＨ）溶液におけるウェットエッチング、または、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等のエッチングプロセスを経る。エッチング深さは、エッチングプロセスの時間を調節することによって制御されてよい。  エッチングプロセスの他の変形例は、半導体プロセスおよび製造の当業者らに公知であろう。
表ＩＶ：πラジアンのケイ素位相シフトのエッチング深さ
【表４】
0006529984.tif 000030
【０２２５】
Ｇに使用されるもの等の吸収格子は、上記のように、ケイ素位相格子を最初に木枠梱包し、次にケイ素に既にパターニングされた複数の溝内に金等のＸ線吸収材料を堆積させることによって、製造されてよい。これは、金等の、ある量のＸ線吸収材料３０３０が、ケイ素基板３０００において形成された複数の溝を充填している図４９に示される。金を複数のケイ素溝内に堆積させる１つの工程は、標準的な電気めっき工程を伴う。金は、複数の溝内のみに堆積されるであることを確実にすべく、アルミニウムの犠牲層は、最初に角度をなして堆積されてよく、クロム（Ｃｒ）および金（Ａｕ）を有する厚みが〜５０ｎｍであるシード層が、次に堆積される。リン酸処理は、ケイ素構造の上部に堆積した全ての材料を除去し、ケイ素の複数の溝の底部においてのみ、シード材料を残す。標準的な電気めっきは、金の増殖が、堆積されたシード層の上にのみ発生する状態で、後に続いてよい。何１００ミクロンもの金の堆積は、７５％以上の透過変調で複数の吸収格子を生成し得る。しかしながら、図１および図３９に示されたように、吸収は、Ｘ線エネルギーおよびその材料に対する吸収係数に依存するであろう。Ｘ線吸収格子を作成するための他の複数の方法は、当業者らには公知であろう。
【０２２６】
いくつかの応用および特定のＸ線波長では、結晶格子も使用されてよい。
【０２２７】
本発明のこれらの実施形態を用いて開示された散乱防止用グリッドまたは格子は、また、当業者にとって公知の任意の数のリソグラフィーパターニング技術を用いても製造され得ることに留意されるべきである。
【０２２８】
５．０  検出器特性
検出器は、Ｘ線画像を形成するのに使用される多数の検出器のいずれか１つであってよい。一般に使用されるＸ線検出器の１つの種類に、Ｘ線にさらされたときに可視の光子を放出するヨウ化セシウム（ＣｓＩ）、タリウムドープのＣｓＩ、イットリウムアルミニアムガーネット（ＹＡＧ）またはスルホキシル酸ガドリニウム（ＧＯＳ）の層を有するもの等の、蛍光スクリーンまたはシンチレータが含まれる。可視の光子は、次に、多くの場合、蛍光スクリーンによって放出された光子の強度パターンを拡張し、拡大する可視の光学を用いるリレー画像のさらなる形成と共に、可視強度を電子信号へと変換する電子センサによって検出される。リレー光学と共に、電子検出器は、高い分解能のセンサ自体を有する必要はなく、例えば、１０２４×１０２４画素を有し、各々が、２４μｍ×２４μｍの正方形である安価な商業用のＣＣＤ検出器または相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）センサ配列が使用されてもよい。
【０２２９】
シンチレータ材料の層が、従来の光イメージセンサの配列に非常に近く配置された（またはさらにその上へコーティングされた）商業用の平坦パネルデジタルＸ線センサは、例えば、カリフォルニア州のＰａｌｏ  ＡｌｔｏのＶａｒｉａｎ  Ｉｎｃ．およびマサチューセッツ州のＢｉｌｌｃｒｉｃａのＧｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ，Ｉｎｃ．によって製造される。イメージセンサのその他の構成が、当業者らにとって公知であってよい。Ｇ２分析格子が使用される複数の実施形態では、医療および工業利用に使用される平面パネル検出器等の、非常に効率的で速い読み出し検出器を使用することが好ましい。多くの応用では、２０ミクロンより大きい分解能を有する平面パネル検出器は、Ｔａｌｂｏｔ縞周期に等しい周期を有する分析格子Ｇが、検出器の前のＸ線ビーム経路に配置されることを必要とするであろう。
【０２３０】
第２の手法は、Ｘ線の吸収に応答して、例えば、非結晶セレニウム（ａ‐Ｓｅ）における直接の電子‐正孔の対の生成によって、電気信号を直接生成する電子センサを使用することである。これらは、次に、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の配列を用いて複数の電子信号へと変換される。日本の京都の島津製作所のＳａｆｉｒｅＦＰＤ等のそのような直接の平面パネル検出器（ＦＰＤ）が、市販されている。
【０２３１】
６．０変形例
複数の実施形態は、所望のＸ線エネルギー帯域幅およびを取得するスペクトルフィルタおよびシステムの様々な構成要素の全てのための配置制御システムを含む、Ｔａｌｂｏｔ干渉計に通常含まれる複数の他の構成要素をさらに有してよい。
【０２３２】
グリッドまたは格子等、本開示内で使用される複数の特定の用語は、当業者らにとって公知であろうことに留意されるべきである。本明細書の説明において、グリッドおよび格子は、交互に使用されてよい用語であって、特定のグリッド、周期またはパターンに対して限定的であることを意味するものではない。
【０２３３】
同様に、本開示内で使用される特定の用語は、Ｔａｌｂｏｔ縞、干渉パターンまたは「カーペット」等の当業者らに公知であろうことに留意されるべきである。本明細書の説明において、複数の干渉パターン、縞または「カーペット」は、交互に使用されてよい用語であって、いかなる特定の強度パターンに対しても限定的であることを意味するものではない。
【０２３４】
同様に、保温開示内で使用される特定の用語は、散乱防止用グリッドの吸収構造のための隔壁等、当業者らにとって公知であろうことに留意されるべきである。本明細書の説明において、複数の隔壁もしくは隔壁または構造は、散乱防止用グリッドの吸収構造を参照して交互に使用されてよい用語であって、高さの幅に対するいかなる特定の比に対しても限定的である、または１次元の形状だけを示唆することを意味するものではない。
【０２３５】
本願をもって、発明者らによって意図される最良の形態を含む、本発明の複数の実施形態が開示されている。複数の具体的な実施形態が示されてよい一方、一部の実施形態についてのみ、詳細に議論される複数の要素がその他の複数のものに応用されてもよいことが認識されるであろう。
【０２３６】
特定の複数の材料、複数の設計、複数の構成、および複数の製造工程が、本発明および好ましい複数の実施形態を説明すべく定められたが、そのような説明は限定することを意図するものではない。複数の変形例および複数の変更例は、当業者には明らかであり得、本発明は、添付の特許請求の範囲の範囲によってのみ限定されることが意図されている。
【０２３７】
本明細書で説明された全ての要素、部材、および工程が含まれていることが好ましい。当業者には明らかであろうように、これらの要素、部材、工程のいずれも、複数の他の要素、複数の部材、複数の工程によって置き換えられ得るか、または完全に削除され得ることが理解されるべきである。 
【０２３８】
概して、本文書は、少なくとも以下のことを開示している：Ｘ線源が、熱的伝導性基板に埋め込まれた複数の構造化されたコヒーレントサブＸ線源を有するターゲットを備える、Ｘ線干渉イメージングシステム。システムは、π位相シフト格子であり得るＴａｌｂｏｔ干渉パターンを確立するビーム分割格子Ｇ１と、２次元Ｘ線強度を複数の電子信号へと変換するＸ線検出器とをさらに備える。システムは、また、複数のさらなる干渉縞を形成すべく、検出器の前に配置されてよい第２の分析格子Ｇ２と、検出器に対して第２の格子Ｇ２を移動させる手段とを備えてもよい。システムは、散乱したＸ線からの複数の信号を低減する散乱防止用グリッドをさらに備えてもよい。暗視野および明視野検出器の様々な構成も開示される。
概念  本文書は、少なくとも以下の概念も示す。
概念１。
Ｘ線干渉イメージングシステムであって、
真空チャンバと、
電子ビームのための放出器と、
電子ターゲットと、を有するＸ線源であって、前記電子ターゲットは、
第１の材料を有する基板と、
上記基板に埋め込まれ、複数のＸ線発生特性のために選択された第２の材料を含み、複数のサブ線源の周期的パターン内に配置されている、少なくとも複数の離散構造と、を含む、Ｘ線源と、
複数のＸ線のサブ線源によって発せられたＸ線を回折させるように位置付けられたＸ線位相シフト格子を形成する複数の周期構造を有するビーム分割Ｘ線格子と、
複数のＸ線検出素子の２次元配列を有し、ビーム分割格子によって回折された複数のＸ線を検出するように位置付けられたＸ線検出器と、
ビーム分割Ｘ線格子と検出器との間に位置付けられたＸ線吸収材料を含む複数の隔壁の周期的配列を有する散乱防止用グリッドと、を備える、
Ｘ線干渉イメージングシステム。
概念２。
Ｘ線位相シフト格子が、およそπラジアンの位相シフトを予め定められたＸ線波長に導入する複数の構造を備える、概念１に記載のＸ線干渉イメージングシステム。
概念３。
Ｘ線位相シフト格子が、およそπ／２ラジアンの位相シフトを予め定められたＸ線波長に導入する複数の構造を備える、概念１に記載のＸ線干渉イメージングシステム。
概念４。
ビーム分割Ｘ線位相シフト格子は、Ｘ線位相シフト格子の周期ｐ１が、
【数２６】
0006529984.tif 000031
によってＸ線ターゲットの複数の離散構造のうち少なくとも１つについての寸法ａに関連する、Ｘ線位相シフト格子を備え、
ここで、λは、予め定められたＸ線波長であり、Ｌは、ターゲットとビーム分割Ｘ線格子との間の距離である、概念１、２または３に記載のＸ線干渉イメージングシステム。
概念５。
散乱防止用グリッドの複数の隔壁は、スズ、白金、金、タングステン、タンタル、モリブデン、ニッケル、鉛、銅およびガドリニウムから成る群から選択される高いＺの材料を含む、概念１から４および８から１０に記載のＸ線干渉イメージングシステム。
概念６。
散乱防止用グリッドは、Ｘ線透明材料を有する基板をさらに備える、概念１から５および８から１０に記載のＸ線干渉イメージングシステム。
概念７。
複数の隔壁の１または複数は、複数の特徴部の間の間隙の幅の５倍より高い高さを有する、概念１から６および８から１０に記載のＸ線干渉イメージングシステム。
概念８。
ビーム分割格子と相互作用するときにＸ線源によって発せられる複数のＸ線は、Ｔａｌｂｏｔ干渉パターンを形成し、散乱防止用グリッドの複数の隔壁の寸法および周期性は、Ｔａｌｂｏｔ干渉パターンの複数の寸法に対応するように選択される、概念４に記載のＸ線干渉イメージングシステム。
概念９。
散乱防止用グリッドの複数の隔壁の位置は、複数の隔壁がＴａｌｂｏｔ干渉パターンの複数のノードと位置合わせされるように設定される、概念８に記載のＸ線干渉イメージングシステム。
概念１０。
散乱防止用グリッドの複数の隔壁の周期は、Ｔａｌｂｏｔ干渉パターンの横方向の周期の整数倍である、概念９に記載のＸ線干渉イメージングシステム。
概念１１。
第１の散乱防止グリッドと検出器との間に配置されたＸ線吸収材料を有する第２の散乱防止用グリッドをさらに備える、概念１から１０に記載のＸ線干渉イメージングシステム。
概念１２。
Ｘ線干渉イメージングシステムであって、
真空チャンバと、
電子ビームのための放出器と、
電子ターゲットと、を有するＸ線源であって、前記電子ターゲットは、
第１の材料を含む基板と、
基板に埋め込まれ、複数のＸ線発生特性のために選択された第２の材料を含み、複数のサブ線源の周期的パターン内に配置された、少なくとも複数の離散構造と、を含む、Ｘ線源と、
複数のＸ線のサブ線源によって発せられた複数のＸ線を回折させるように位置付けられた、Ｘ線位相シフト格子を形成する複数の周期構造を有するビーム分割Ｘ線格子と、
複数のＸ線検出素子の２次元配列を有し、ビーム分割格子によって回折された複数のＸ線を検出するように位置付けられた、Ｘ線検出器と、を備える、Ｘ線干渉イメージングシステムであって、
ビーム分割格子と相互作用するときにＸ線源によって発せられるＸ線は、Ｔａｌｂｏｔ干渉パターンを形成し、複数のＸ線検出素子の寸法および位置は、Ｔａｌｂｏｔ干渉パターンの寸法に対応するように選択される、
Ｘ線干渉イメージングシステム。
概念１３。
Ｘ線位相シフト格子は、予め定められたＸ線波長に対して、およそπラジアンの位相シフトを導入する複数の構造を有する、概念１２に記載のＸ線干渉イメージングシステム。
概念１４。
Ｘ線位相シフト格子は、予め定められたＸ線波長に対して、およそπ／２ラジアンの位相シフトを導入する複数の構造を有する、概念１２に記載のＸ線干渉イメージングシステム。
概念１５。
ビーム分割Ｘ線位相シフト格子は、Ｘ線位相シフト格子の周期ｐ１が、
【数２６】
0006529984.tif 000032
によってＸ線ターゲットの複数の離散構造のうち少なくとも１つの寸法ａに関連する、Ｘ線位相シフト格子を有し、
ここで、λは、予め定められたＸ線波長であり、Ｌは、ターゲットとビーム分割Ｘ線格子との間の距離である、概念１２から１４に記載のＸ線干渉イメージングシステム。
概念１６。
検出器は、予め定められた分数のＴａｌｂｏｔ距離で位置付けられ、複数の検出素子の位置は、複数の検出素子が、Ｔａｌｂｏｔ干渉パターンの複数のアンチノードと位置合わせされるように設定される、概念１２から１５に記載のＸ線干渉イメージングシステム。
概念１７。
検出器は、予め定められた分数のＴａｌｂｏｔ距離で位置付けられ、複数の検出素子の位置は、複数のｐ検出素子がＴａｌｂｏｔ干渉パターンの複数のノードと位置合わせされるように設定される、概念１２から１６に記載のＸ線干渉イメージングシステム。
概念１８。
上記検出器は、予め定められた分数のＴａｌｂｏｔ距離で位置付けられ、
複数の第２の検出素子を有する第２のＸ線検出器をさらに備え、
上記第２の検出器も第２の予め定められた分数のＴａｌｂｏｔ距離で位置付けられ、そのサイズおよび位置は、複数の第２の検出素子が、Ｔａｌｂｏｔ干渉パターンの複数のノードとお位置合わせされるように設定される、概念１６に記載されたＸ線干渉イメージングシステム。
概念１９。
Ｘ線源と、
Ｘ線源によって発せられるＸ線を回折するように位置付けられたＸ線位相シフト格子を形成する複数の周期構造を有するビーム分割Ｘ線格子と、
複数のＸ線検出素子の２次元配列を有し、ビーム分割格子によって回折された複数のＸ線を検出するように位置付けられた、Ｘ線検出器と、を備えるＸ線干渉イメージングシステムであって、
ビーム分割格子と相互作用するときにＸ線源によって発せられる複数のＸ線は、Ｔａｌｂｏｔ干渉パターンを形成し、複数のＸ線検出素子の寸法および位置は、Ｔａｌｂｏｔ干渉パターンの寸法に対応するように選択される、Ｘ線干渉イメージングシステム。
概念２０。
Ｔａｌｂｏｔ干渉パターンのコントラストは、２０％より高い、概念１９に記載のＸ線干渉イメージングシステム。
概念２１。
第２の材料および第１の材料についての比（Ｚ２ρ２）／（Ｚ１ρ１）は１２より高く、ここでＺは原子番号であり、ρは質量密度である、概念１から１８に記載のＸ線干渉計イメージングシステム。
概念２２。
選択された第１の材料は、ベリリウム、ダイアモンド、グラファイト、ケイ素、窒化ホウ素、炭化ケイ素、サファイアおよびダイアモンド状炭素から成る群から選択される、概念１から１８または２１に記載のＸ線干渉イメージングシステム。
概念２３。
第２の材料は、鉄、コバルト、ニッケル、銅、ガリウム、亜鉛、イットリウム、ジルコニウム、モリブデン、ニオブ、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、スズ、イリジウム、タンタル、タングステン、インジウム、セシウム、バリウム、金、白金、鉛、およびこれらの組み合わせおよびこれらの合金から成る群から選択される、概念１から１８または２１から２２に記載のＸ線干渉イメージングシステム。
概念２４。
複数の離散構造は類似の形状を有する、概念１から１８または２１から２３に記載のＸ線干渉イメージングシステム。
概念２５。
類似の形状は、正角プリズム、直角長方プリズム、立方体、三角プリズム、台形プリズム、ピラミッド型、四面体、円柱、球体、卵形、およびたる形から成る群から選択される、概念２４に記載のＸ線干渉イメージングシステム。
概念２６。
複数の離散構造の周期的パターンは正方格子であり、複数の離散構造のうち１または複数について、一次元の幅は、１０ミクロン未満である、概念１から１８または２１から２５に記載のＸ線干渉イメージングシステム。
概念２７。
複数の離散構造の周期的パターンは、一式の平行な線であり、複数の離散構造のうち１または複数について、一次元における幅は、１０ミクロン未満であり、鉛直の次元における長さは２０ミクロンを超える、概念１から１８または２１から２６に記載のＸ線干渉イメージングシステム。
概念２８。
ターゲットは、真空チャンバのためのウィンドウとしても機能する、概念１から１８または２１から２７に記載のＸ線干渉イメージングシステム。
概念２９。
Ｘ線検出器はシンチレータを有し、電荷結合素子（ＣＣＤ）の配列も有する、概念１から２８に記載のＸ線干渉イメージングシステム。
概念３０。
第２のＸ線検出器は、シンチレータを有し、電荷結合素子（ＣＣＤ）の配列も有する、概念１８に記載のＸ線干渉イメージングシステム。
【図１】
0006529984.tif 000033
【図２】
0006529984.tif 000034
【図３】
0006529984.tif 000035
【図４】
0006529984.tif 000036
【図５】
0006529984.tif 000037
【図６】
0006529984.tif 000038
【図７】
0006529984.tif 000039
【図８Ａ】
0006529984.tif 000040
【図８Ｂ】
0006529984.tif 000041
【図８Ｃ】
0006529984.tif 000042
【図９】
0006529984.tif 000043
【図１０】
0006529984.tif 000044
【図１１】
0006529984.tif 000045
【図１２】
0006529984.tif 000046
【図１３】
0006529984.tif 000047
【図１４】
0006529984.tif 000048
【図１５】
0006529984.tif 000049
【図１６】
0006529984.tif 000050
【図１７】
0006529984.tif 000051
【図１８】
0006529984.tif 000052
【図１９】
0006529984.tif 000053
【図２０】
0006529984.tif 000054
【図２１】
0006529984.tif 000055
【図２２】
0006529984.tif 000056
【図２３】
0006529984.tif 000057
【図２４】
0006529984.tif 000058
【図２５】
0006529984.tif 000059
【図２６】
0006529984.tif 000060
【図２７】
0006529984.tif 000061
【図２８Ａ】
0006529984.tif 000062
【図２８Ｂ】
0006529984.tif 000063
【図２８Ｃ】
0006529984.tif 000064
【図２９Ａ】
0006529984.tif 000065
【図２９Ｂ】
0006529984.tif 000066
【図２９Ｃ】
0006529984.tif 000067
【図３０】
0006529984.tif 000068
【図３１】
0006529984.tif 000069
【図３２】
0006529984.tif 000070
【図３３】
0006529984.tif 000071
【図３４】
0006529984.tif 000072
【図３５】
0006529984.tif 000073
【図３６】
0006529984.tif 000074
【図３７】
0006529984.tif 000075
【図３８】
0006529984.tif 000076
【図３９】
0006529984.tif 000077
【図４０】
0006529984.tif 000078
【図４１】
0006529984.tif 000079
【図４２】
0006529984.tif 000080
【図４３】
0006529984.tif 000081
【図４４】
0006529984.tif 000082
【図４５】
0006529984.tif 000083
【図４６】
0006529984.tif 000084
【図４７】
0006529984.tif 000085
【図４８】
0006529984.tif 000086
【図４９】
0006529984.tif 000087