(57)【要約】【課題】非線形単結晶を分極反転することにより形成したグリッドを提供する。【解決手段】第２のグリッド１４は、複数のＸ線吸収部２４及びＸ線透過部２５を有するグリッド層２０からなる。グリッド層２０は、２以上の複数元素からなる単分極化された非線形単結晶基板を部分的に分極反転させ、Ｘ線透過部２５となる分極反転部と非反転部とのエッチングレート差を利用して非反転部を除去し、非反転部の除去により分極反転部の間に形成された複数の溝内に金等を充填してＸ線吸収部２４を形成している。Ｘ線透過部２５は、シリコン等の単元素からなる単結晶に比べて金の拡散を少なく抑えられるので、金の拡散によるグリッドの性能低下を防止できる。【選択図】図２
2012150144.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の放射線透過部と放射線吸収部とを有する放射線画像撮影用グリッドであって、
前記放射線透過部は、非線形単結晶からなることを特徴とする放射線画像撮影用グリッド。
【請求項２】
前記放射線透過部には、蛍光体がドープされており、放射線の照射により発光することを特徴とする請求項１記載の放射線画像撮影用グリッド。
【請求項３】
前記放射線透過部及び前記放射線吸収部は、放射線の焦点に向かって収束するように設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の放射線画像撮影用グリッド。
【請求項４】
前記放射線吸収部及び前記放射線透過部は、一方向に延伸されかつ前記延伸方向に直交する配列方向に沿って交互に複数個が配置されていることを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の放射線画像撮影用グリッド。
【請求項５】
請求項２記載の放射線画像撮影用グリッドと、
前記放射線画像撮影用グリッドから射出された光を検出する光検出部と、を備えたことを特徴とする放射線画像検出器。
【請求項６】
前記放射線画像撮影用グリッドを、前記放射線吸収部及び前記放射線透過部の周期方向に所定のピッチで移動させる走査手段を備えたことを特徴とする請求項５記載の放射線画像検出器。
【請求項７】
放射線を透過する部分と吸収する部分とからなるグリッド構造が周期的に配置され、放射線源から照射された放射線を通過させて第１の周期パターン像を形成する第１のグリッドと、前記第１の周期パターンに対して位相が異なる少なくとも１つの相対位置で前記第１の周期パターン像に強度変調を与える強度変調手段と、前記強度変調手段により前記相対位置で生成された第２の周期パターン像を検出する放射線画像検出器と、前記放射線画像検出器により検出された少なくとも１つの前記第２の周期パターン像に基づいて、位相情報を画像化する演算処理手段と、を備えた放射線画像撮影システムであって、
前記第１のグリッドに、請求項１記載の放射線画像撮影用グリッドを用いたことを特徴とする放射線画像撮影システム。
【請求項８】
前記強度変調手段は、前記第１の周期パターンを透過する部分と吸収する部分とからなるグリッド構造が周期的に配置された第２のグリッドと、前記第１及び第２のグリッドのいずれか一方を、前記第１及び第２のグリッドのグリッド構造の周期方向に所定のピッチで移動させる走査手段とからなり、前記走査手段により移動される各位置が前記相対位置に対応する放射線画像撮影システムであって、
前記第２のグリッドに、請求項１記載の放射線画像撮影用グリッドを用いたことを特徴とする請求項７記載の放射線画像撮影システム。
【請求項９】
前記放射線源と前記第１のグリッドとの間に配置され、前記放射線源から照射された放射線を部分的に遮蔽して多数の線光源とする第３のグリッドを有し、前記第３のグリッドに、請求項１記載の放射線画像撮影用グリッドを用いたことを特徴とする請求項７または８記載の放射線画像撮影システム。
【請求項１０】
前記放射線画像検出器として、請求項６記載の放射線画像検出器を用い、前記強度変調手段として、前記走査機構を用いたことを特徴とする請求項７記載の放射線画像撮影システム。
【請求項１１】
単分極化された非線形単結晶基板の第１面に複数の電極を形成する工程と、
前記第１面の反対側の第２面側から前記非線形単結晶基板に電圧を印加し、前記非線形単結晶基板の前記電極と向き合う部分の分極の向きを反転させる工程と、
前記非線形単結晶基板の一表面をエッチングし、分極が反転された分極反転部と、分極反転されていない非反転部とのエッチングレート差を利用して、前記非反転部を除去する工程と、
前記非反転部が除去された空間内に放射線吸収材を充填する工程と、
を含むことを特徴とする放射線画像撮影用グリッドの製造方法。
【請求項１２】
前記分極反転部に、蛍光体をドープする工程を含むことを特徴とする請求項１１記載の放射線画像撮影用グリッドの製造方法。
【請求項１３】
前記非線形単結晶基板の前記第２面に、前記第１面の電極に対して位置がずらされた第２の電極を形成し、前記第２の電極に電圧を印加することを特徴とする請求項１１記載の放射線画像撮影用グリッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線画像の撮影に用いられるグリッド及びその製造方法と、このグリッドを用いた放射線画像検出器、放射線画像撮影システムとに関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線は、物体に入射したときの相互作用により強度と位相とが変化し、位相の変化が強度の変化よりも高い相互作用を示すことが知られている。このＸ線の性質を利用し、被検体によるＸ線の位相変化（角度変化）に基づいて、Ｘ線吸収能が低い被検体から高コントラストの画像（以下、位相コントラスト画像と称する）を得るＸ線位相イメージングの研究が盛んに行われている。
【０００３】
２枚の透過型の回折格子（グリッド）によるタルボ干渉効果を用いて、Ｘ線位相イメージングを行なうＸ線画像撮影システムが考案されている（例えば、特許文献１、非特許文献１参照）。このＸ線画像撮影システムは、Ｘ線源から見て、被検体の背後に第１のグリッドを配置し、第１のグリッドからタルボ干渉距離だけ下流に第２のグリッドを配置している。第２のグリッドの背後には、Ｘ線を検出して画像を生成するＸ線画像検出器（ＦＰＤ：Flat Panel Detector）が配置されている。第１のグリッド及び第２のグリッドは、一方向に延伸されたＸ線吸収部及びＸ線透過部を、延伸方向に直交する配列方向に沿って交互に配列した縞状の一次元グリッドである。タルボ干渉距離とは、第１のグリッドを通過したＸ線が、タルボ干渉効果によって自己像（縞画像）を形成する距離である。
【０００４】
上記Ｘ線画像撮影システムでは、第１のグリッドの自己像と第２のグリッドとの重ね合わせ（強度変調）により生じる縞画像を、縞走査法により検出し、被検体による縞画像の変化から被検体の位相情報を取得する。縞走査法とは、第１のグリッドに対して第２のグリッドを、第１のグリッドの面にほぼ平行で、かつ第１のグリッドの格子方向（条帯方向）にほぼ垂直な方向に、格子ピッチを等分割した走査ピッチで並進移動させながら複数回の撮影を行い、Ｘ線画像検出器で得られる各画素値の変化から、被検体で屈折したＸ線の角度分布（位相シフトの微分像）を取得する方法であり、この角度分布に基づいて被検体の位相コントラスト画像を得る。この縞走査法は、レーザ光を利用した撮影装置においても用いられている（例えば、非特許文献２参照）。
【０００５】
第１及び第２のグリッドは、Ｘ線吸収部の幅及びピッチが数μｍという微細な構造を要する。また、第１及び第２のグリッドのＸ線吸収部は、高いＸ線吸収性が求められる。特に第２のグリッドは、縞画像を確実に強度変調させるため、第１のグリッドよりも高いＸ線吸収性を必要とする。そのため、第１及び第２のグリッドのＸ線吸収部は、原子量の重い金（Ａｕ）で形成され、第２のグリッドのＸ線吸収部は、Ｘ線の進行方向に対して比較的大きな厚みを有すること、いわゆるアスペクト比（Ｘ線を吸収する部分における厚みを幅で除算した値）が高いことが必要とされている。
【０００６】
特許文献１には、第２のグリッドの製造方法として、基板上に設けられた感光性樹脂層にＸ線リソグラフィ（例えばＬＩＧＡ法）によって溝を形成し、この溝内に電解メッキ等によってＡｕ等のＸ線吸収材を充填する方法が開示されている。また、シリコン等の基板にドライエッチングによって溝を形成し、この溝内にＡｕ等のＸ線吸収材を充填する方法も知られている。
【０００７】
従来、微細な周期構造体を形成する手法として、非線形単結晶をコロナ帯電により分極反転する手法が開示されている（例えば、特許文献２、非特許文献３）。コロナ帯電による分極反転は、非線形単結晶の結晶軸に沿ってなされるので垂直性が非常に高く、高アスペクト比の周期構造体を形成することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−２５９２６４号公報
【特許文献２】特開２００２−３３４９７７号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】C. David, et al., Applied Physics Letters, Vol.81, No.17, 2002年10月，3287頁
【非特許文献２】Hector Canabal, et al., Applied Optics, Vol.37, No.26, 1998年9月，6227頁
【非特許文献３】A Harada, et al., Applied Physics Letters, Vol.69, No.18, 1996年，2629頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
Ｘ線リソグラフィでは、指向性の高いシンクロトロン放射光により感光性樹脂層を露光する必要があるが、シンクロトロン放射光による露光が可能な設備は国内でも限られており、露光に長時間を要するためスループットが悪いという問題がある。また、ドライエッチングを用いる手法も、コストが高くスループットが低い。
【００１１】
上述した分極反転は、シンクロトロン放射光を用いたＬＩＧＡ法や、ドライエッチングに比べてスループットが高く、コストが低いため、この手法を用いてグリッドを形成することが考えられる。しかし、特許文献２及び非特許文献３には、グリッドを形成するための具体的な手法は開示されていない。
【００１２】
本発明は、非線形単結晶を分極反転することにより形成したグリッドを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１の放射線画像撮影用グリッドは、複数の放射線透過部と放射線吸収部とを有する放射線画像撮影用グリッドであって、放射線透過部を非線形単結晶から構成している。
【００１４】
請求項２の放射線画像撮影用グリッドは、放射線透過部に蛍光体がドープされている。また、請求項３記載の放射線画像撮影用グリッドは、放射線透過部及び前記放射線吸収部が放射線の焦点に向かって収束するように設けられている。放射線吸収部及び放射線透過部は、一方向に延伸されかつ延伸方向に直交する配列方向に沿って交互に複数個が配置されていることが好ましい。
【００１５】
本発明の放射線画像検出器は、上述した放射線透過部に蛍光体がドープされている放射線画像撮影用グリッドと、放射線画像撮影用グリッドから射出された光を検出する光検出部とを備えている。この場合、放射線画像撮影用グリッドを、放射線吸収部及び放射線透過部の周期方向に所定のピッチで移動させる走査手段を備えることが好ましい。
【００１６】
本発明の放射線画像撮影システムは、放射線を透過する部分と吸収する部分とからなるグリッド構造が周期的に配置され、放射線源から照射された放射線を通過させて第１の周期パターン像を形成する第１のグリッドと、第１の周期パターンに対して位相が異なる少なくとも１つの相対位置で第１の周期パターン像に強度変調を与える強度変調手段と、強度変調手段により相対位置で生成された第２の周期パターン像を検出する放射線画像検出器と、放射線画像検出器により検出された少なくとも１つの第２の周期パターン像に基づいて、位相情報を画像化する演算処理手段とを備えた放射線画像撮影システムであって、第１のグリッドに請求項１または３の放射線画像撮影用グリッドを用いたものである。
【００１７】
強度変調手段は、第１の周期パターンを透過する部分と吸収する部分とからなるグリッド構造が周期的に配置された第２のグリッドと、第１及び第２のグリッドのいずれか一方を、第１及び第２のグリッドのグリッド構造の周期方向に所定のピッチで移動させる走査手段とからなり、走査手段により移動される各位置が相対位置に対応する放射線画像撮影システムの場合には、第２のグリッドに請求項１または３の放射線画像撮影用グリッドを用いてもよい。
【００１８】
また、放射線源と第１のグリッドとの間に配置され、放射線源から照射された放射線を部分的に遮蔽して多数の線光源とする第３のグリッドを有する放射線画像撮影システムの場合には、第３のグリッドに請求項１または３の放射線画像撮影用グリッドを用いてもよい。
【００１９】
また、放射線画像検出器として、上記放射線画像検出器を用い、強度変調手段として、走査機構を用いてもよい。
【００２０】
本発明の放射線画像撮影用グリッドの製造方法は、単分極化された非線形単結晶基板の第１面に複数の電極を形成する工程と、第１面の反対側の第２面側から非線形単結晶基板に電圧を印加し、非線形単結晶基板の電極と向き合う部分の分極の向きを反転させる工程と、非線形単結晶基板の一表面をエッチングし、分極が反転された分極反転部と、分極反転されていない非反転部とのエッチングレート差を利用して、非反転部を除去する工程と、非反転部が除去された空間内に放射線吸収材を充填する工程とを含むものである。
【００２１】
分極反転部に、蛍光体をドープする工程を設けてもよい。また、非線形単結晶基板の第２面に、第１面の電極に対して位置がずらされた第２の電極を形成し、第２の電極に電圧を印加してもよい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の放射線画像撮影用グリッドは、２以上の複数元素からなる非線形単結晶により放射線透過部を構成しているので、シリコン等の単元素からなる単結晶に比べて、放射線吸収部に用いられる金の拡散を少なく抑えることができる。これは、単元素の単結晶では結合が弱く反応しやすいため拡散が起こりやすくなるのに対し、複数元素で構成される非線形単結晶は、単元素の単結晶よりも異種元素間の結合が強いため、金の拡散を少なく抑えられるからである。これにより、本発明は、金の拡散によるグリッドの性能低下を抑えることができる。また、放射線吸収部及び放射線透過部を放射線の焦点に向かって収束するように設けることもできるので、コーンビーム状の放射線のケラレを小さくすることができる。
【００２３】
本発明の放射線画像撮影用グリッドは、放射線透過部に蛍光体をドープし、放射線の照射により発光できるようにしたので、放射線画像検出部のシンチレータとして兼用することができる。また、単結晶は多結晶に比べて充填率が高いため、高い発光効率を得ることができ、散乱光を少なくすることができるので、本発明の放射線画像検出器の画質を向上させることができる。更に、本発明の放射線画像検出器は、グリッドを走査させる走査機構を備えているので、位相コントラスト画像の撮影にも対応することができる。本発明の放射線画像撮影システムによれば、上記グリッドを使用するので、高画質な位相コントラスト画像を撮影することができる。
【００２４】
本発明の放射線画像撮影用グリッドの製造方法によれば、単分極化された非線形単結晶基板を分極反転させて溝の形成に利用するので、高いアスペクト比の放射線吸収部を高スループットでローコストに形成することができる。また、蛍光体のドープにより、グリッドにシンチレータとしての機能を簡単に付与することができる。更に、非線形単結晶基板の第１面と第２面の電極の位置をずらすことにより、斜め方向に分極反転させることもできるので、放射線の焦点に向かって収束された放射線吸収部及び放射線透過部も容易に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明のＸ線画像撮影システムの構成を模式的に示す概略図である。
【図２】第２のグリッドの構成を示す平面図及び断面図である。
【図３】Ｘ線画像検出器の概略断面図である。
【図４】光検出部の構成を模式的に示した断面図である。
【図５】Ｘ線画像検出器の電気系の要部構成を示すブロック図である。
【図６】非線形単結晶基板に周期電極を設けた状態を示す断面図である。
【図７】非線形単結晶基板に分極反転を行なう真空チャンバーの構成を示す概略図である。
【図８】分極反転された非線形単結晶基板の説明図である。
【図９】非線形単結晶基板と支持基板とを接合した状態を示す断面図である。
【図１０】非線形単結晶基板のエッチングにより分極反転部を除去した状態を示す断面図である。
【図１１】分極反転部を除去した溝にＸ線吸収材を充填した状態を示す断面図である。
【図１２】分極反転部に蛍光体をドープしている状態を示す断面図である。
【図１３】Ｘ線の照射により分極反転部が発光している状態を示す断面図である。
【図１４】シンチレータに代えて蛍光体がドープされたグリッドが組み込まれたＸ線画像検出器の概略断面図である。
【図１５】蛍光体がドープされたグリッドが組み込まれたＸ線画像検出器を用いたＸ線画像撮影システムの概略図である。
【図１６】非線形単結晶基板に第２の周期電極を設けて分極反転を行なう状態を示す概略図である。
【図１７】Ｘ線吸収部及びＸ線透過部がＸ線焦点に向かって収束するように傾けられたグリッドの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
［第１実施形態］
図１は、本発明のＸ線画像撮影システム１０の構成を示す概念図である。Ｘ線画像撮影システム１０は、Ｘ線照射方向であるｚ方向に沿って配置されたＸ線源１１、線源グリッド１２、第１のグリッド１３、第２のグリッド１４、及びＸ線画像検出器１５を備えている。Ｘ線源１１は、例えば、回転陽極型のＸ線管と、Ｘ線の照射野を制限するコリメータとを有し、被検体Ｈにコーンビーム状のＸ線を放射する。Ｘ線画像検出器１５は、例えば、半導体回路を用いたフラットパネル検出器（ＦＰＤ：Flat Panel Detector）であり、第２のグリッド１４の背後に配置されている。Ｘ線画像検出器１５には、Ｘ線画像検出器１５により検出された画像データから位相コントラスト画像を生成する位相コントラスト画像生成部１６が接続されている。
【００２７】
線源グリッド１２、第１のグリッド１３及び第２のグリッド１４は、Ｘ線を吸収する吸収型グリッドであり、ｚ方向においてＸ線源１１に対向配置されている。線源グリッド１２と第１のグリッド１３との間には、被検体Ｈが配置可能な間隔が設けられている。また、第１のグリッド１３と第２のグリッド１４との距離は、最小のタルボ干渉距離以下とされている。すなわち、本実施形態のＸ線画像撮影システム１０は、タルボ干渉効果を用いず、Ｘ線を投影することによって位相コントラスト画像を撮影する。
【００２８】
第２のグリッド１４及び走査機構１８は、本発明の強度変調手段を構成する。走査機構１８は、位相コントラスト画像の撮影時に、第２のグリッド１４の格子ピッチを等分割（例えば、５分割）した走査ピッチで、格子ピッチ方向（ｘ方向）に並進移動させる機構である。
【００２９】
第２のグリッド１４を例にして、グリッドの構造を説明する。図２（Ａ）は、第２のグリッド１４をＸ線画像検出器１５側から見た正面図であり、同図（Ｂ）は同図（Ａ）のＡ−Ａ断面図である。第２のグリッド１４は、グリッドとして機能するグリッド層２０と、このグリッド層２０のＸ線源１１側の面に設けられた支持基板２１と、グリッド層２０と支持基板２１との間に設けられたシーズ層２２とからなる。
【００３０】
グリッド層２０は、ｚ方向に直交する面内でｙ方向に延伸された複数のＸ線吸収部２４及びＸ線透過部２５を備えている。Ｘ線吸収部２４及びＸ線透過部２５は、ｚ方向及びｙ方向に直交するｘ方向に沿って交互に配列されており、縞状のグリッドを構成している。Ｘ線吸収部２４及びＸ線透過部２５は、Ｘ線源１１から照射されたＸ線をそれぞれ吸収（遮蔽）及び透過することにより、縞状の画像を形成する。
【００３１】
Ｘ線吸収部２４は、高いＸ線吸収性を有する材質からなり、例えば金、白金、銀、鉛等からなる。Ｘ線透過部２５は、Ｘ線吸収部２４よりも低いＸ線吸収性を有する材質からなり、例えばＬｉＮｂＯ３等の非線形単結晶からなる。Ｘ線吸収部２４に用いられる金は、加熱されたときにＸ線透過部２５に拡散するが、単結晶は多結晶に比べて金が拡散しにくいので、Ｘ線透過部２５に単結晶を用いることにより、多結晶を用いる場合よりもグリッド性能を維持することができる。
【００３２】
支持基板２１は、Ｘ線透過部２５と同様に低いＸ線吸収性を有し、かつグリッド層２０を支持する剛性を備えた材質からなる。シーズ層２２は、導電性を有する材質からなり、Ｘ線吸収部２４を電解メッキによって形成する際に、電極として用いられる。シーズ層２２は、グリッド層２０及び支持基板２１に比べて薄いため、Ｘ線透過性に関する影響は少ない。
【００３３】
Ｘ線吸収部２４の幅Ｗ２及びピッチＰ２は、線源グリッド１２と第１のグリッド１３との間の距離、第１のグリッド１３と第２のグリッド１４との間の距離、及び第１のグリッド１３のＸ線吸収部のピッチ等によって決まるが、幅Ｗ２はおよそ２〜２０μｍ、ピッチＰ２は４〜４０μｍ程度である。また、Ｘ線吸収部２４のｚ方向の厚みＴ２は、高いＸ線吸収性を得るには厚いほどよいが、Ｘ線源１１から放射されるコーンビーム状のＸ線のケラレを考慮して、例えば１００〜２００μｍ程度となっている。本実施形態では、例えば、幅Ｗ２が２．５μｍ、ピッチＰ２が５μｍ、厚みＴ２が１００μｍであり、Ｘ線吸収部２４のアスペクト比は４０である。
【００３４】
図３に示すように、Ｘ線画像検出器１５は、Ｘ線を透過させる材料からなり、全体形状がおよそ箱形で、矩形状の上面が、被検体Ｈを透過したＸ線が照射される照射面２６ａとされた筐体２６を備えている。筐体２６内には、被検体Ｈを透過したＸ射線の到来方向に沿って、照射面２６ａ側から、シンチレータ２７、光検出部２８、基台２９及び制御基板３０等が順に配置されている。シンチレータ２７は、例えばＣｓＩ：Ｔｌ(タリウムを添加したヨウ化セシウム）)や、ＣｓＩ：Ｎａ(ナトリウム賦活ヨウ化セシウム)、ＧＯＳ(Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂ)等からなり、被検体Ｈ及び筐体２６を透過して照射されたＸ線を吸収して光を放出する。
【００３５】
光検出部２８は、シンチレータ２７の光射出側から射出された光を検出するものであり、図４に示すように、フォトダイオード(ＰＤ：PhotoDiode)等からなる光電変換部３１、薄膜トランジスタ(ＴＦＴ：Thin Film Transistor)３２及び蓄積容量３３を備えた画素部３４が、平板状で平面視における外形形状が矩形状とされた絶縁性基板３５上にマトリクス状に複数形成されたＴＦＴアクティブマトリクス基板(以下、「ＴＦＴ基板」という)によって構成されている。
【００３６】
図５に示すように、光検出部２８には、一定方向(行方向)に沿って延設され個々のＴＦＴ３２をオンオフさせるための複数本のゲート配線３７と、前記一定方向と交差する方向(列方向)に沿って延設され、蓄積容量３３に蓄積された電荷をオン状態のＴＦＴ３２を介して読み出すための複数本のデータ配線３６が設けられている。光検出部２８の個々のゲート配線３７はゲート線ドライバ３８に接続されており、個々のデータ配線３６は信号処理部３９に接続されている。ゲート線ドライバ３８及び信号処理部３９は、制御基板３０に設けられており、フレキシブル基板を介して光検出部２８と接続されている。
【００３７】
被検体Ｈを透過したＸ線がＸ縁画像検出器１５に照射されると、シンチレータ２７のうち照射面２６ａ上の各位置に対応する部分からは、前記各位置における放射線の照射量に応じた光量の光が放出され、個々の画素部３４の光電変換部３１では、シンチレータ２７のうちの対応する部分から放出された光の光量に応じた大きさの電荷が発生され、この電荷が個々の画素部３４の蓄積容量３３に蓄積される。
【００３８】
上記のようにして個々の画素部３４の蓄積容量３３に電荷が蓄積されると、個々の画素部３４のＴＦＴ３２は、ゲート線ドライバ３８からゲート配線３７を介して供給される信号により行単位で順にオンされ、ＴＦＴ３２がオンされた画素部３４の蓄積容量３３に蓄積されている電荷は、アナログの電気信号としてデータ配線３６を伝送されて信号処理部３９に入力される。従って、個々の画素部３４の蓄積容量３３に蓄積された電荷は行単位で順に読み出される。
【００３９】
信号処理部３９は、個々のデータ配線３６毎に設けられた増幅器及びサンプルホールド回路を備えており、個々のデータ配線３６を伝送された電気信号は増幅器で増幅された後にサンプルホールド回路に保持される。また、サンプルホールド回路の出力側にはマルチプレクサ、Ａ／Ｄ(アナログ／デジタル)変換器が順に接続されており、個々のサンプルホールド回路に保持された電気信号はマルチプレクサに順に(シリアルに)入力され、Ａ／Ｄ変換器によってデジタルの画像データへ変換される。
【００４０】
信号処理部３９には画像メモリ４７が接続されており、信号処理部３９のＡ／Ｄ変換器から出力された画像データは画像メモリ４７に順に記憶される。画像メモリ４７は複数フレーム分の画像データを記憶可能な記憶容量を有しており、放射線画像の撮影が行われる毎に、撮影によって得られた画像データが画像メモリ４７に順次記憶される。画像メモリ４７に記憶された画像データが位相コントラスト画像生成部１６により読み出され、位相コントラスト画像が生成される。
【００４１】
次に、第２のグリッド１４の製造方法について説明する。図６に示すように、最初の工程では、非線形単結晶基板４０の第１面４０ａに、ｙ方向に延伸されかつｘ方向に沿って所定間隔で配列された複数のラインパターンからなる周期電極４１が、Ｔａを用いて形成される。非線形単結晶基板４０は、例えば、ＭｇＯが５ｍｏｌ％ドープされたＬｉＮｂＯ３（ＭｇＯ−ＬＮ）の基板である。この非線形単結晶基板４０は、単分極化処理がなされ、非線形光学定数が有効に利用できるようにＺ面で光学研磨されている。これにより、非線形単結晶基板４０の第１面４０ａが＋Ｚ面であり、反対側の第２面４０ｂが−Ｚ面となっている。
【００４２】
非線形単結晶基板４０には、２種類以上の元素からなる単結晶を用いることができ、上述したＬｉＮｂＯ３の他に、例えば、ＬｉＴａＯ３、ＫＴｉＯＰＯ４、β−ＢａＢ２Ｏ４、ＬｉＢ２Ｏ３、ＢｉＧｅＯ、ＢｉＳｉＯ、ＢｉＴｉＯ、ＣｄＷＯ、ＰｂＷＯ、ＧａＡｓ、ＳｉＣ、ＣｄＴｅ、ＣｄＳｅ、ＺｎＯ、ＴｉＢａＯ、ＴｉＰｂＯ等を用いることができる。
【００４３】
周期電極４１は、例えば、非線形単結晶基板４０の第１面４０ａの全域にＴａ膜を形成し、一般的なフォトリソグラフィ技術を用いてＴａ膜上に周期電極４１と同様のラインパターンを有するレジストマスクを形成し、このレジストマスクを介してＴａをエッチングすることにより形成される。周期電極４１は、端部が接続されて導通している。例えば、非線形単結晶基板４０の厚みＴｃは０．４ｍｍ、周期電極４１の厚みＴｃ１は０．１μｍ、周期電極４１のピッチＰｃは５μｍである。
【００４４】
図７に示すように、次の工程では、非線形単結晶基板４０は、真空チャンバー４３内に第１面４０ａが下方を向くように収容され、ヒーター４４によって周期電極４１が支持される。非線形単結晶基板４０の上方には、第２面４０ｂに対面するようにコロナ放電ワイヤ４５が配置されている。コロナ放電ワイヤ４５は、高圧電源４６に接続されている。
【００４５】
真空チャンバー４３は、図示しない真空ポンプにより例えば１×１０−４Ｐａまで減圧される。非線形単結晶基板４０は、ヒーター４４により例えば１００°Ｃまで加熱される。そして、高圧電源４６からコロナ放電ワイヤ４５を介して、−６ｋＶの電圧が非線形単結晶基板４０に２秒間印加される。
【００４６】
以上の処理を行なうことにより、図８に示すように、周期電極４１と向き合う部分において非線形単結晶基板４０の自発分極の向きが反転し、ピッチＰｃ＝５μｍで繰り返す分極反転部４０ｃが形成される。分極反転部４０ｃは、分極反転されていない非反転部４０ｄの第１面４０ａが＋Ｚ面であるのに対し、第１面４０ａが−Ｚ面となり、非反転部４０ｄと逆向きとなる。分極反転は、非線形結晶の結晶軸に沿ってなされるので垂直性が非常に高く、高アスペクト比の周期構造体を形成することができる。なお、コロナ帯電を用いた分極反転処理についての詳しい手順は、特許文献２及び非特許文献３を参照されたい。
【００４７】
図９に示すように、非線形単結晶基板４０は、周期電極４１が除去された後に、第１面４０ａが支持基板２１に接合され、ＣＭＰ等の研磨装置により例えば１００μｍ程度まで薄層化される。これにより、非線形単結晶基板４０は、第２面４０ｂのみが外部に露呈され、この第２面４０ｂには、分極反転部４０ｃの＋Ｚ面と非反転部４０ｄの−Ｚ面とが配置される。非線形単結晶基板４０と支持基板２１との接合には、例えば、非線形単結晶基板４０と支持基板２１との両方に金を成膜し、これらの金同士を接合するＡｕ−Ａｕ接合が用いられ、接合に用いられた金がシーズ層２２となる。支持基板２１には、Ｘ線吸収性が低い材質が用いられ、例えば、ガラス、石英、アルミナ、ＧａＡｓ、Ｇｅ等が望ましく、更にはシリコン等が望ましい。
【００４８】
次の工程では、非線形単結晶基板４０にウエットエッチングが施される。非線形単結晶基板４０は、＋Ｚ面のエッチング速度が−Ｚ面よりも遅くなる難エッチング面となるため、図１０に示すように、非線形単結晶基板４０の非反転部４０ｄのみが除去されて分極反転部４０ｃのみが残留し、分極反転部４０ｃの間に、高アスペクト比を有する複数の溝４０ｅが形成される。非線形単結晶基板４０のウエットエッチングには、例えばフッ酸：硝酸（１：２）の混合液が用いられる。
【００４９】
図１１に示すように、次の工程では、電解メッキ法により、非線形単結晶基板４０の分極反転部４０ｃの間の溝４０ｅ内に金等のＸ線吸収材４８が埋め込まれる。電解メッキでは、シーズ層２２に電流端子が取り付けられる。非線形単結晶基板４０と支持基板２１とが接合された基板は、メッキ液中に浸漬され、対向する位置にもう一方の電極（陽極）が配置される。そして、シーズ層２２と他方の電極との間に電流が流されることにより、メッキ溶液中の金属イオンがパターン加工した基板に析出され、溝４０ｅ内にＸ線吸収材４８が埋め込まれる。これにより、図２に示すように、金からなるＸ線吸収部２４と、分極反転部４０ｃからなるＸ線透過部２５とを備えた第２のグリッド１４が完成する。
【００５０】
線源グリッド１２及び第１のグリッド１３は、第２のグリッド１４と同様に、グリッド層及び支持基板から構成されている。線源グリッド１２及び第１のグリッド１３のグリッド基板は、第２のグリッド１４のグリッド層２０と同様に、ｙ方向に延伸されｘ方向に沿って交互に配列されたＸ線吸収部及びＸ線透過部を備えており、Ｘ線透過部は分極反転部により構成されている。このように、線源グリッド１２及び第１のグリッド１３は、Ｘ線吸収部及びＸ線透過部のｙ方向の幅及びピッチと、ｚ方向の厚さ等が異なる以外は第２のグリッド１４とほぼ同様の構成であるため、詳しい説明は省略する。また、線源グリッド１２及び第１のグリッド１３は、第２のグリッド１４と同様に製造されるため、詳しい説明は省略する。
【００５１】
次に、Ｘ線画像撮影システム１０の作用について説明する。Ｘ線源１１から放射されたＸ線は、線源グリッド１２のＸ線吸収部によって部分的に遮蔽されることにより、ｘ方向に関する実効的な焦点サイズが縮小され、ｘ方向に多数の線光源（分散光源）が形成される。線源グリッド１２により形成された多数の線光源のＸ線は、被検体Ｈを通過することにより位相差が生じ、このＸ線が第１のグリッド１３を通過することにより、被検体Ｈの屈折率と透過光路長とから決定される被検体Ｈの透過位相情報を反映した縞画像（第１の周期パターン像）が形成される。各線光源の縞画像は、第２のグリッド１４に投影され、第２のグリッド１４の位置で一致する（重なり合う）ので、Ｘ線強度を低下させずに、位相コントラスト画像の画質を向上させることができる。
【００５２】
縞画像は、第２のグリッド１４により強度変調される。強度変調された縞画像（第２の周期パターン像）は、例えば、縞走査法により検出される。縞走査法とは、第１のグリッド１３に対し、第２のグリッド１４を走査機構１８によって、Ｘ線焦点を中心として格子面に沿った方向に格子ピッチを等分割（例えば、５分割）した走査ピッチで並進移動させながら、Ｘ線源１１から被検体ＨにＸ線を照射して複数回の撮影を行なってＸ線画像検出器１５により検出し、位相コントラスト画像生成部１６により、Ｘ線画像検出器１５の各画素の画素データの位相のズレ量（被検体Ｈがある場合とない場合とでの位相のズレ量）から位相微分像（被検体で屈折したＸ線の角度分布に対応）を取得する方法である。位相コントラスト画像生成部１６により、位相微分像を上記の縞走査方向に沿って積分することにより、被検体Ｈの位相コントラスト画像を得ることができる。
【００５３】
以上で説明したように、本実施形態の線源グリッド１２、第１のグリッド１３及び第２のグリッド１４は、Ｘ線透過部２５を２以上の複数元素からなる非線形単結晶により構成したので、シリコン等の単元素からなる単結晶に比べて、Ｘ線吸収部２４に用いられる金の拡散を少なく抑えることができる。これは、単元素の単結晶では結合が弱く反応しやすいため拡散が起こりやすくなるのに対し、複数元素で構成される非線形単結晶は、単元素の単結晶よりも異種元素間の結合が強いため、金の拡散を少なく抑えられるからである。これにより、金の拡散によるグリッドの性能低下を抑えることができる。
【００５４】
また、非線形単結晶に対する分極反転と、ウエットエッチングとを用いてＸ線吸収部２４を形成するための溝４０ｅを形成しているので、ＬＩＧＡ法やシリコンのドライエッチング等に比べ、高アスペクト比を有する溝を高スループットで、低コストに形成することができる。
【００５５】
［第２実施形態］
図１２に示すように、非線形単結晶基板４０の溝４０ｅ内にＸ線吸収材４８を充填した後または充填する前に、分極反転部４０ｃに蛍光体をドープしてもよい。あるいは、蛍光体をドープした非線形単結晶基板を作成し、これを用いてもよい。これにより、図１３に示すように、分極反転部４０ｃは、Ｘ線の照射によって発光するようになる。そして、図１４に示すように、Ｘ線画像検出器６０に非線形単結晶基板４０を組み込むことにより、非線形単結晶基板４０を第２のグリッド及びシンチレータとして兼用させることができる。また、ＧｄＯＳ：Ｐｒ，Ｃｅ、ＬｕＳｉＯ：Ｃｅ、ＹＳｉＯ：Ｃｅ、ＹＡｌＯ：Ｃｅ、ＬｕＡｌＯ：Ｐｒ、ＢｉＧｅＯ、ＢｉＳｉＯ、ＢｉＴｉＯ等の２種類以上の元素からなる結晶を用いる場合には、蛍光体のドープを行なわなくてもＸ線の照射により分極反転部を発光させることができる。
【００５６】
これによれば、図１５に示すように、第２のグリッド１４を省略したＸ線画像撮影システム６５を構成することができ、小型化及びローコスト化を図ることができる。また、単結晶は充填密度が高いので発光効率が高く、散乱光が少ないので、Ｘ線画像検出器６０の画質を向上させることができる。なお、縞走査法を用いて位相コントラスト画像を撮影できるようにするため、Ｘ線画像検出器６０内に、非線形単結晶基板４０をＸ線吸収部とＸ線透過部との周期方向に沿って走査させる走査機構６１を組み込むのが好ましい。
【００５７】
［第３実施形態］
また、上記実施形態では、非線形単結晶基板４０を厚み方向に沿って真っ直ぐに分極反転させたが、図１６に示すように、非線形単結晶基板４０の第２面４０ｂに、第１面４０ａの周期電極４１に対して周期をずらした第２の周期電極７０を形成し、第２の周期電極７０に対してコロナ放電ワイヤ４５から個別に電圧をかけることにより、周期がずらされた周期電極４１と第２の周期電極７０間に沿って、分極反転を生じさせてもよい。これによれば、図１７に示すグリッド７５のように、Ｘ線吸収部２４及びＸ線透過部２５を、Ｘ線源１１のＸ線が発生されるＸ線焦点１１ａに対して収束するようにグリッド面内で傾けることができるので、Ｘ線源１１から照射されたコーンビーム状のＸ線のケラレを少なくすることができる。
【００５８】
また、上記実施形態では、一方向に延伸されかつ延伸方向に直交する配列方向に沿って交互に配置されたＸ線吸収部及びＸ線透過部を有する縞状の一次元グリッドを例に説明したが、本発明は、Ｘ線吸収部及びＸ線透過部が２方向に配列された二次元グリッドにも適用が可能である。さらに、上記実施形態では、被検体ＨをＸ線源と第１のグリッドとの間に配置しているが、被検体Ｈを第１のグリッドと第２のグリッドとの間に配置した場合にも同様に位相コントラスト画像の生成が可能である。また、線源グリッドを備えたＸ線画像撮影システムについて説明したが、本発明は、線源グリッドを使用しないＸ線画像撮影システムにも適用可能である。また、上記各実施形態は、矛盾しない範囲で相互に組み合わせることが可能である。
【００５９】
上記実施形態は、第１及び第２のグリッドを、そのＸ線透過部を通過したＸ線を線形的に投影するように構成しているが、本発明はこの構成に限定されるものではなく、第１及び第２のグリッドでＸ線を回折することにより、いわゆるタルボ干渉効果が生じる構成（国際公開ＷＯ２００４／０５８０７０号公報等に記載の構成）としてもよい。この場合には、第１及び第２のグリッド間の距離をタルボ干渉距離に設定する必要がある。また、第１のグリッドの種類を、吸収型グリッドではなく、比較的アスペクト比が低い位相型グリッドにすることも可能である。
【００６０】
また、上記実施形態では、第２のグリッドにより強度変調された縞画像を縞走査法によって検出して位相コントラスト画像を生成しているが、１回の撮影によって位相コントラスト画像を生成するＸ線画像撮影システムも知られている。例えば、国際公開ＷＯ２０１０／０５０４８３号公報に記載されているＸ線画像撮影システムでは、第１及び第２のグリッドにより生成されたモアレをＸ線画像検出器により検出し、この検出されたモアレの強度分布をフーリエ変換することによって空間周波数スペクトルを取得し、この空間周波数スペクトルからキャリア周波数に対応したスペクトルを分離して逆フーリエ変換を行なうことにより微分位相像を得ている。このようなＸ線画像撮影システムの第１及び第２のグリッドの少なくとも一方に、本発明のグリッドを用いてもよい。
【００６１】
また、１回の撮影により位相コントラスト画像を生成するＸ線画像撮影システムには、強度変調手段として、第２のグリッドの代わりに、Ｘ線を電荷に変換する変換層と、変換層により生成された電荷を収集する電荷収集電極とを備えた直接変換型のＸ線画像検出器を用いたものがある。このＸ線画像撮影システムは、例えば、各画素の電荷収集電極が、第１のグリッドで形成された縞画像の周期パターンとほぼ一致する周期で配列された線状電極を互いに電気的に接続してなる線状電極群が、互いに位相が異なるように配置されたものであり、各線状電極群を個別に制御して電荷を収集することにより、１度の撮影により複数の縞画像を取得し、この複数の縞画像に基づいて位相コントラスト画像を生成している（特開２００９−１３３８２３号公報等に記載の構成）。このようなＸ線画像撮影システムの第１のグリッドに、本発明のグリッドを用いてもよい。
【００６２】
また、１回の撮影により位相コントラスト画像を生成する別のＸ線画像撮影システムとして、第１及び第２のグリッドを、Ｘ線吸収部及びＸ線透過部の延伸方向が相対的に所定の角度だけ傾くように配置し、この傾きにより上記延伸方向に生じるモアレ周期の区間を分割して撮影することにより、第１及び第２のグリッドの相対位置が異なる複数の縞画像を取得し、これらの複数の縞画像から位相コントラスト画像を生成することも可能である。このようなＸ線画像撮影システムの第１及び第２のグリッドの少なくとも一方に、本発明のグリッドを用いてもよい。
【００６３】
また、光読取型のＸ線画像検出器を用いることにより、第２のグリッドを省略したＸ線画像撮影システムが考えられる。このシステムでは、第１のグリッドによって形成された周期パターン像を透過する第１の電極層と、第１の電極層を透過した周期パターン像の照射を受けて電荷を発生する光導電層と、光導電層において発生した電荷を蓄積する電荷蓄積層と、読取光を透過する線状電極が多数配列された第２の電極層とがこの順に積層され、読取光によって走査されることによって各線状電極に対応する画素毎の画像信号が読み出される光読取型のＸ線画像検出器を強度変調手段として用いており、電荷蓄積層を線状電極の配列ピッチよりも細かいピッチで格子状に形成することにより、電荷蓄積層を第２のグリッドとして機能させることができる。このようなＸ線画像撮影システムの第１のグリッドに、本発明のグリッドを用いてもよい。
【００６４】
以上で説明した実施形態は、医療診断用の放射線画像撮影システムのほか、工業用や、非破壊検査等のその他の放射線撮影システムに適用することが可能である。また、本発明は、Ｘ線撮影において散乱線を除去する散乱線除去用グリッドにも適用可能である。更に、本発明は、放射線として、Ｘ線以外にガンマ線等を用いることも可能である。
【符号の説明】
【００６５】
１０  Ｘ線画像撮影システム
１１  Ｘ線源
１２  線源グリッド
１３  第１のグリッド
１４  第２のグリッド
１５  Ｘ線画像検出器
１８  走査機構
２０  グリッド層
２１  支持基板
２２  シンチレータ
２４  Ｘ線吸収部
２５  Ｘ線透過部
４０  非線形単結晶基板
４０ｃ  分極反転部
４０ｄ  非反転部
４１  周期電極
【図１】
2012150144.tif 000003
【図２】
2012150144.tif 000004
【図３】
2012150144.tif 000005
【図４】
2012150144.tif 000006
【図５】
2012150144.tif 000007
【図６】
2012150144.tif 000008
【図７】
2012150144.tif 000009
【図８】
2012150144.tif 000010
【図９】
2012150144.tif 000011
【図１０】
2012150144.tif 000012
【図１１】
2012150144.tif 000013
【図１２】
2012150144.tif 000014
【図１３】
2012150144.tif 000015
【図１４】
2012150144.tif 000016
【図１５】
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【図１６】
2012150144.tif 000018
【図１７】
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