(57)【要約】  本発明は、X線ビーム(B)のスペクトルフィルタリングのための回折格子構成及び方法であって、前記回折格子構成は、第一の方向（D1）を有する第一のビームコンポーネント（BC1）及び前記第一の方向に対して傾斜させられる第二の方向（D2）を有する第二のビームコンポーネント（BC2）にX線ビーム(B)を回折させるプリズムを有する分散要素(10)と、前記第一のビームコンポーネント（BC1）の第一の回折パターン（DP1）及び前記第二のビームコンポーネント（BC1）の第二の回折パターン（DP2）を生成し、前記第二の回折パターン（DP2）は前記第一の回折パターン（DP1）に対してシフトされる、第一の回折格子(20)と、前記第一の回折パターン（DP1）又は前記第二の回折パターン（DP2）の強度の最大値(MA)から最小値(MI)への線(d)に沿ってアラインされる少なくとも一つの開口部(31)を有する第二の回折格子(30)とを有する、回折格子構成及び方法に関する。
2016517008.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
X線ビームのスペクトルフィルタリングのための回折格子構成であって、
第一の方向を有する第一のビームコンポーネント及び前記第一の方向に対して傾斜させられる第二の方向を有する第二のビームコンポーネントに前記X線ビームを回折させるプリズムを有する分散要素と、
前記第一のビームコンポーネントの第一の回折パターン及び前記第二のビームコンポーネントの第二の回折パターンを生成し、前記第二の回折パターンは前記第一の回折パターンに対してシフトされる、第一の回折格子と、
前記第一の回折パターン又は前記第二の回折パターンの強度の最大値から最小値への線に沿ってアラインされる少なくとも一つの開口部を有する第二の回折格子と
を有する、回折格子構成。
【請求項２】
前記第一の方向及び前記第二の方向は傾斜させられ、傾斜角はスパニングされる、請求項１に記載の回折格子構成。
【請求項３】
前記第一の回折格子は、前記線の方向に対応する方向に沿って前記第一の回折パターンに対して前記第二の回折パターンをシフトするように構成される、請求項１又は２に記載の回折格子構成。
【請求項４】
前記第一のビームコンポーネント及び／又は前記第二のビームコンポーネントは、疑似単色X線放射線を有する、請求項１乃至３の何れか一項に記載の回折格子構成。
【請求項５】
前記第一の回折格子は、ニアフィールド回折効果として前記第一のビームコンポーネントの前記第一の回折パターン及び前記第二のビームコンポーネントの前記第二の回折パターンを生成するように構成される、請求項１乃至４の何れか一項に記載の回折格子構成。
【請求項６】
前記第二の回折パターンは、エネルギ依存ラテラルシフトによって前記第一の回折パターンに対してシフトされる、請求項１乃至５の何れか一項に記載の回折格子構成。
【請求項７】
前記第一の回折格子及び／又は第二の回折格子は周期構造体を有する、請求項１乃至６の何れか一項に記載の回折格子構成。
【請求項８】
前記第一の回折格子及び／又は前記第二の回折格子は、前記少なくとも一つの開口部が前記第一の回折パターン又は前記第二の回折パターンの強度の前記最大値から前記最小値への前記線に沿って移動可能な態様で移動可能なように構成される、請求項１乃至７の何れか一項に記載の回折格子構成。
【請求項９】
前記分散要素及び前記第一の回折格子は、分散回折格子を構成するように一体化される、請求項１乃至８の何れか一項に記載の回折格子構成。
【請求項１０】
前記分散要素はプリズムの周期構造体を有し、前記プリズムの各々は、前記第一の方向を有する前記第一のビームコンポーネント及び前記第二の方向を有する前記第二のビームコンポーネントに前記X線ビームを回折させるために構成され、前記第二の方向は第一の方向に対して傾斜させられる、請求項１乃至９の何れか一項に記載の回折格子構成。
【請求項１１】
前記第一の回折格子はマイクロレンズ回折格子である、請求項１乃至１０の何れか一項に記載の回折格子構成。
【請求項１２】
X線の多色スペクトルを生成するＸ線ソース、検出器、及び請求項１乃至１１の何れか一項に記載の少なくとも一つの回折格子システムを有する、X線システム。
【請求項１３】
X線ビームのスペクトルフィルタリングのための方法であって、
プリズムを有する分散要素により、第一の方向を有する第一のビームコンポーネント及び前記第一の方向に対して傾斜させられる第二の方向を有する第二のビームコンポーネントに前記X線ビームを回折させるステップと、
第一の回折格子により、前記第一のビームコンポーネントの第一の回折パターン及び前記第二のビームコンポーネントの第二の回折パターンを生成し、前記第二の回折パターンは前記第一の回折パターンに対してシフトされるステップと、
少なくとも一つの開口部が前記第一の回折パターン又は前記第二の回折パターンの強度の最大値から最小値への線に沿ってアラインされる態様で前記少なくとも一つの開口部で第二の回折格子をアラインするステップと
を有する、方法。
【請求項１４】
X線システムのプロセッサによって実行されるとき、請求項９に記載のX線システムに請求項１２乃至１３の何れか一項に記載の方法のステップを実行させる、コンピュータプログラム。
【請求項１５】
請求項１４に記載のコンピュータプログラムが記憶される、コンピュータ読取り可能な媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は回折格子構成に関し、X線ビームのスペクトルフィルタリングのための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
X線におけるタルボット効果（Talbot effect）は、X線屈折率の勾配によって誘導されるX線場（フィールド）における位相シフトによってもたらされる干渉縞（フリンジ）の横方向のシフトを測定するために、微分位相コントラストイメージング（differential phase contrast imaging）において使用される。位相シフトはエネルギに依存するので、微小ウェッジによってエネルギEに対応する単色（モノクロ）のコンポーネント（成分）におけるX線波の位相におけるシフトが
2016517008.tif 000003
によってもたらされる。この場合、
2016517008.tif 000004
は、エネルギE0に対応する単色コンポーネントにおける位相シフトを示す。これは、光のスペクトル成分を分析するために用いられることができる周波数の光学バンドにおけるプリズムのよく知られた分散効果と完全に類似している。5.0×1014Hz付近の可視領域（ドメイン）において、光の屈折は、一つのスリットを使用して多色スペクトル（polychromatic spectrum）から所与の単色コンポーネントを選び出すために直接角分散を使用するのに十分に強い（水：n=1.33）。X線領域において、屈折率は1（実際は1未満）に非常により近い。例えば30keVのエネルギを備えるX線（7.25×1018Hz）の場合、屈折率は0.9999997であり、これにより微小回折角及び関連する微小分散効果がもたらされる。
【０００３】
US 5,812,629は、Ｘ線撮影実施のための装置と方法を記載する。記載された装置は、二つの予め対向させられた微細加工回折格子を用いたタルボットフィルタを介して動作する。
【０００４】
US 2013/0028378 A1はX線透視システムと、ビームスプリッタを通過した後にX線を検出するために光路に配置されるシステムにおいて構成されるビームスプリッタとを含む微分位相コントラストX線イメージングシステムを記載する。
【０００５】
WO 2007/125833 A1は、X線位相情報に基づいて高感度で画像をピックアップするための連続X線生成のためのX線画像ピックアップ装置及びその方法を記載する。
【０００６】
WO 2009/104560 A1は、X線タルボット-ラウ（Talbot-Lau）干渉計を使用する高感度X線イメージング方法におけるマルチスリットのインストールの省略を可能にするＸ線ソース、及び当該Ｘ線ソースを使用するX線イメージング装置を記載する。
【０００７】
US 4,578,803は、X線硬化フィルタによって分離される2枚のシンチレーティングスクリーンを使用して画像が製作される、エネルギ選択X線イメージングシステムを記載する。記載されたシステムにおいて感光性表面は、各々のスクリーンから光画像を個々に受け取る。記載されたエネルギ選択X線イメージングシステムの場合、結果としてもたらされる画像透過は、透過の間で部分的に反射するミラーを使用すると共に反射及び透過された光を検出して光学的に読み出される。二つの獲得画像の間のX線スペクトル分離は、二つのスペクトルのオーバラップ部の領域の近くにK-吸収端を有する、記載のエネルギ選択X線イメージングシステムのＸ線ソースフィルタを使用してさらに増大させられることが可能である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
エネルギ選択X線フィルタの精度を改善する必要があり得る。エネルギ選択X線フィルタの改善された性能に対する必要性もあり得る。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
これらのニーズは、独立請求項に記載の本発明によって満足される。さらに実施例は、従属請求項及び以下の説明から明白である。
【００１０】
本発明の局面は、X線ビームのスペクトルフィルタリングのための回折格子構成であって、
【００１１】
第一の方向を有する第一のビームコンポーネント及び第一の方向に対して傾斜させられる第二の方向を有する第二のビームコンポーネントにX線ビームを回折させるプリズムを有する分散要素と、
【００１２】
前記第一のビームコンポーネントの第一の回折パターン及び第二のビームコンポーネントの第二の回折パターンを生成し、前記第二の回折パターンは前記第一の回折パターンに対してシフトされる、第一の回折格子と、
【００１３】
前記第一の回折パターン又は第二の回折パターンの強度の最大値から最小値への線に沿ってアライン（位置合わせ）される少なくとも一つの開口部を有する第二の回折格子と
を有する、回折格子構成に関する。
【００１４】
本発明の他の局面は、X線の多色スペクトルを生成するＸ線ソース、検出器、及び少なくとも一つの回折格子構成を有する、X線システムに関する。
【００１５】
本発明の他の局面は、X線ビームのスペクトルフィルタリングのための方法であって、
【００１６】
プリズムを有する分散要素により、第一の方向を有する第一のビームコンポーネント及び前記第一の方向に対して傾斜させられる第二の方向を有する第二のビームコンポーネントに前記X線ビームを回折させるステップと、
【００１７】
第一の回折格子により、前記第一のビームコンポーネントの第一の回折パターン及び前記第二のビームコンポーネントの第二の回折パターンを生成し、前記第二の回折パターンは前記第一の回折パターンに対してシフトされるステップと、
【００１８】
少なくとも一つの開口部が前記第一の回折パターン又は前記第二の回折パターンの強度の最大値から最小値への線に沿ってアラインされる態様で前記少なくとも一つの開口部で第二の回折格子をアラインするステップと
を有する、方法に関する。
【００１９】
本発明の他の局面は、前記三番目の局面に記載のX線システムのプロセッサによって実行されるとき、X線システムに前記局面に記載の方法のステップを実行させる、コンピュータプログラムに関する。
【００２０】
タルボット効果は、干渉縞の周波数が放射線の波長から独立し、位相回折格子又は吸収回折格子及びビームのダイバージェンス（広がり）だけに依存するという有用な特性を有する。位相回折格子の前に物体がない場合、主スペクトルにおけるすべての疑似（準）単色コンポーネントに対応する干渉縞が同じ位置で生成されるであろう。すなわち、ホワイトビーム干渉が観測されるであろう。プリズム等のように、X線ビームへの分散要素の追加の場合、異なる疑似単色コンポーネントに対応する干渉は互いに対してわずかにシフトされるであろう。それゆえに、アナライザ回折格子の位置におけるX線波動場は、異なるエネルギに対応するが同じ周波数を有する縞の複雑な重ね合せになるであろう。このように単に回折格子をステッピングすることによって、例えば第一の回折パターン又は第二の回折パターンの強度の最大値から最小値への線に沿って少なくとも一つの開口部をアラインすることによって、アナライザ/フィルタ回折格子による減衰（アッテネーション）のための透過及びその他のための特定の単色コンポーネントを選択するためにマスクを使用することが可能である。
【００２１】
本発明は有利なことに、位相回折格子及びアナライザ回折格子を有する、X線プリズム又はウェッジ及びタルボット干渉計のような、分散要素によって、多色スペクトルの形態でX線ソースによって放射される放射線をフィルタリングすることを可能にする。横断コヒーレント条件は、位相回折格子の一つの周期がコヒーレントに前記ソースによって透視されてもよいことにある。前記ソースの横断コヒーレントが不十分な場合、ソース回折格子が前記ソースの横断コヒーレントを増やすために加えられることができる。代わりは、位相回折格子距離に対するソースの増加である。
【００２２】
X線がプリズムに当たったとき、微小分散が生成され、分散要素なしの場合に対して干渉パターンのエネルギ依存ラテラルシフトがもたらされる。プリズム角度が大きいほど、プリズム物質の屈折率が大きいほど、すなわち波動における隣接するラテラル（横方向）位置の間の位相シフトが大きいほど、何れか二つの異なる疑似単色コンポーネントの干渉パターンにおける、対応する最大値の間の分離はより広くなる。今第一の疑似単色コンポーネントがブロックされるようにアナライザ回折格子が位置される一方、第二の疑似単色コンポーネントが回折格子によって透過される場合、システムは効率的なエネルギ選択フィルタのように動作する。
【００２３】
本発明の実施例によれば、第一の方向と第二の方向は傾けられ、傾斜角はスパニングされる。
【００２４】
本発明の実施例によれば、第一の回折格子は、線の方向に対応する方向に沿って第一の回折パターンに対して第二の回折パターンをシフトするように構成される。
【００２５】
本発明の実施例によれば、第一の回折格子と第二の回折格子とは、互いに対してほぼ平行に位置される。ほぼ平行とは、第一の回折格子と第二の回折格子とが10°より少なく、若しくは5°より少なく、又は1°より少ない逸脱で平行にアラインされることを意味する。さらにほぼ平行とは、第一の回折格子の少なくとも他の特定の領域と第二の回折格子の少なくとも他の特定の領域とが平行にアラインされることを表してもよい。
【００２６】
本発明の実施例によれば、第一のビームコンポーネント及び／又は第二のビームコンポーネントは、疑似単色のX線放射線を有する。
【００２７】
本発明の実施例によれば、第一の回折格子はニアフィールド回折効果として第二のビームコンポーネントの第二の回折パターンと第一のビームコンポーネントの第一の回折パターンとを生成するように構成される。すなわち、両方の回折パターンは、ニアフィールド回折効果に基づいている。
【００２８】
本発明の実施例によれば、第二の回折パターンは、エネルギ依存ラテラルシフトによって第一の回折パターンに対してシフトされる。
【００２９】
本発明の実施例によれば、第一の回折格子及び／又は第二の回折格子は、周期構造体を有する。
【００３０】
本発明の実施例によれば、少なくとも一つの開口部が第一の回折パターン又は第二の回折パターンの強度の最大値から最小値への線に沿って移動可能なような態様で第一の回折格子及び／又は第二の回折格子は移動可能なように構成される。
【００３１】
本発明の実施例によれば、分散要素及び第一の回折格子は、分散回折格子を構成するように一体化される。前記分散要素及び第一の回折格子を共に含む分散回折格子は、第一の方向を有する第一のビームコンポーネント及び第二の方向を有する第二のビームコンポーネントにX線ビームを回折させるように構成される。この場合、ここでも第一のビームコンポーネントの第一の回折パターン及び第二のビームコンポーネントの第二の回折パターンを後続して生成するために第二の方向は第一の方向に対して傾けられており、第二の回折パターンは第一の回折パターンに対してシフトされている。分散要素及び第一の回折格子を分散回折格子に含ませることは、回折格子構成のためのコンポーネントの数を1だけ減らす効果を持っている。したがって、この実施例は、アライメント条件をより厳しくしない点で有利である。
【００３２】
本発明の実施例によれば、分散要素はプリズムの周期構造体を有し、前記プリズムの各々はX線ビーム(B)を第一の方向（D1）を有する第一のビームコンポーネント（BC1）及び第二の方向（D2）を有する第二のビームコンポーネント（BC2）に回折させるために構成され、前記第二の方向は第一の方向に対して傾けられる。この実施例は、プリズムの周期構造体の周期性に比例して、その分散特性に効果を及ぼすことなく分散要素の高さを減らすことができる。たとえば、限定されないが、周期構造体が2、3、4、10又は25個のプリズムを有する場合、分散要素の高さはそれぞれ、このような周期構造体がない場合の分散要素と比較して、ファクタ2、3、4、10又は25で減らされる。結果として、この実施例は有利なことに、回折格子をよりコンパクトにする。さらに、この実施例は、分散要素によるX線ビームの減衰を減らす利点を有する。
【００３３】
本発明の実施例によれば、分散要素の周期構造体は、周期Tdを有し、この場合、第一の回折格子は周期Tgを有し、第一の回折格子がマイクロレンズ回折格子である場合、周期Tdは第一の回折格子の周期Tgに等しく、さもなければ周期Tdは周期Tgの半分に等しくなる。
【００３４】
本発明の実施例によれば、第一の回折格子は、マイクロレンズ回折格子である。本記載において、マイクロレンズ回折格子は、回折格子の周期構造体が非バイナリ（二値）である回折格子を示す。このような非バイナリの周期構造体の例は、三角形、半円、又はパラボラ形のプリズムの範囲からの一続きの相互に連続する要素になる。マイクロレンズ回折格子は、非方形の振幅変調を生成する。それ故にこの実施例は、第二の回折格子が、ある専用のエネルギよりもエネルギの範囲をより効果的にフィルタリングすることを可能にする点で有利である。
【００３５】
本発明のより完全な評価及びそれに付随する利点は、寸法通りではない以下の概略図面の参照によってより明らかなことに理解される。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施例による、X線ビームのスペクトルフィルタリングのための回折格子構成の概略図を示す。
【図２】本発明の他の実施例による、X線ビームのスペクトルフィルタリングのための回折格子構成の概略図を示す。
【図３】本発明の実施例による、X線システムの概略図を示す
【図４】本発明の他の実施例による、X線ビームのスペクトルフィルタリングのための回折格子構成の概略図を示す。
【図５】本発明を説明するために、スペクトルフィルタリングされたX線ビームのスペクトルのセットを示す。
【図６Ａ】分散要素及び第一の回折格子が分散回折格子に一体化される、本発明の実施例による回折格子構成の概略図を示す。
【図６Ｂ】分散要素及び第一の回折格子が分散回折格子に一体化される、本発明の他の実施例による回折格子構成の概略図を示す。
【図６Ｃ】分散要素及び第一の回折格子が分散回折格子に一体化される、本発明の他の実施例による回折格子構成の概略図を示す。
【図７Ａ】第一の回折格子がマイクロレンズ回折格子である、本発明の実施例による回折格子構成の概略図を示す。
【図７Ｂ】第一の回折格子がマイクロレンズ回折格子である、本発明の他の実施例による回折格子構成の概略図を示す。
【図８】本発明の実施例による、X線ビームのスペクトルフィルタリングのための回折格子構成の概略図を示す。
【図９】本発明の実施例による、X線ビームのスペクトルフィルタリングのための方法のフローチャート図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
図面における実施例は、概略的であり、寸法通りではない。異なる図面において、類似しているか同一の要素は、同じ参照番号を備えている。
通常、同一の部品、ユニット、実体、又はステップは、数字において同じ参照符号を備えている。
【００３８】
明らかなことに、記載された実施例は、すべての実施例というより本発明のいくつかの実施例だけである。本発明の実施例に基づいて、いかなる創造的な努力がされることなく当業者によって得られる他の全ての実施例は本発明の保護範囲に入るであろう。
【００３９】
X線ビームのスペクトルフィルタリングのための回折格子構成は、断層撮影システム、又は他の何れかの医用X線イメージングシステムのＸ線管のビームパスにおいて構成されてもよい。
【００４０】
図1は、本発明の実施例による、X線ビームのスペクトルフィルタリングための回折格子構成の概略図を示す。
【００４１】
タルボット効果は、ニアフィールド回折効果である。平面波が周期的な回折格子におけるインシデントであるとき、回折格子の画像は回折格子平面から離れて規則的な距離で繰り返される。
【００４２】
第一の回折格子20は周期的な回折を表しており、図1において、第一のビームコンポーネントBC1及び第二のビームコンポーネントBC2の二つの平面波が視覚化される。第一のビームコンポーネントBC1及び第二はコンポーネントBC2は傾けられ、傾斜角α+はスパニングされる。
【００４３】
平面波の周期Λの空間変調、例えば回折格子にぶつかる平面波は、回折格子の後で特定の距離の後に再生される。この距離はタルボット長LTalbotと称され、繰り返された画像はセルフ画像又はタルボット画像と称される。回折格子の後の何れのポイントにおける強度分布も回折パターンと称される。図1において、一次の二つの回折パターンDP1及びDP2が示される。更に、タルボット長の半分においてもセルフ画像がもたらされるが、半分の周期によって位相シフトされる（これの物理的な意味は、それが回折格子周期の半分の幅によってラテラルにシフトされることにある）。タルボット長のより小さな規則的な分数において、サブ画像が観測されることもできる。
【００４４】
回折格子がパイ（pi）-位相回折格子である場合、LTalbot/16の奇数の倍数の後、干渉パターンがもたらされる。すなわち、回折格子の空間周波数の2倍で強度変調される。いわゆるpi/2位相回折格子が考慮されてもよいが、関心干渉パターンは異なる距離及び異なる空間周波数で発生する。
【００４５】
タルボット距離において、ちょうど位相変調による波面がもたらされる。分数距離において、位相変調は、利用される強度変調に変換されている。第一の回折パターンDP1及び第二の回折パターンDP2はそれぞれ、強度の最大値MA及び最小値MIを有する。第二の回折格子は、第一の回折パターンDP1又は第二の回折パターンDP2の強度の一つの最大値MAから一つの最小値MIへの線dに沿って移動可能であってもよい。
【００４６】
図2は、本発明の実施例による、X線ビームのスペクトルフィルタリングのための回折格子構成の概略図を示す。
【００４７】
図2は、X線ビームBのスペクトルフィルタリングのためのタルボットフィルトレーション効果の図を示す。X線ビームBの二つの疑似単色コンポーネントBC1及びBC2が図示のために選び出される。これら二つの疑似単色コンポーネントBC1及びBC2は、それらが分散要素10にぶつかる前、基本的に互いに平行である。より高いエネルギコンポーネントBC1は、分散要素10によって低いエネルギコンポーネントBC2より少なく回折し、第二の回折格子30の位置において第一の回折格子10によって作られる干渉縞は互いに対してシフトされる。
【００４８】
X線様式において、第一の回折パターンDP1及び第二の回折パターンDP2の縞の、それらの参照位置（プリズムは存在しない）からのシフトは、X線エネルギの自乗に逆比例している。位相自体はエネルギと逆になり、1/E2を有する干渉パターンの位相になる。この効果は、一つのコンポーネントを選び出し、他をブロックするために特定のアナライザ回折格子とともに使われることができる。
【００４９】
一つの実施例によれば、X線ビームBのスペクトルフィルタリングのための回折格子構成100は、分散要素10、第一の回折格子20、及び第二の回折格子30を有する。
【００５０】
分散要素10は、第一の方向D1を有する第一のビームコンポーネントBC1及び第一の方向に対して傾斜させられる第二の方向D2を有する第二のビームコンポーネントBC2にX線ビームBを回折させるように構成される。
【００５１】
第一の回折格子20は、第一のビームコンポーネントBC1の第一の回折パターンDP1及び第二のビームコンポーネントBC2の第二の回折パターンDP2を生成するように構成され、第二の回折パターンDP2は第一の回折パターンDP1に対してシフトされる。
【００５２】
第二の回折格子30は、第一の回折パターンDP1又は第二の回折パターンDP2の強度の最大値MAから最小値MIへの線dに沿ってアラインされる少なくとも一つの開口部31を有する。
【００５３】
選択的に実施例によれば、第一の回折格子20及び／又は第二の回折格子30は、少なくとも一つの開口部31が第一の回折パターンDP1又は第二の回折パターンDP2の強度の最大値MAから最小値MIへの線dに沿って移動可能なような態様で移動可能なように構成される。
【００５４】
図3は、本発明の実施例による、X線システムの概略図を示す。
【００５５】
X線システムは、X線、すなわちX線ビームBの多色スペクトルを生成する、Ｘ線ソース210、検出器220、及び少なくとも一つの回折格子構成100を有する。
【００５６】
回折格子構成100は、X線スペクトルのフィルトレーションの条件が、特定の物質の挿入を使用して、及び物質の線形減衰係数による減衰を使用して、従来達成可能なことを越える、多くの場において適用され得る。アプリケーションは、マンモグラフィー、介入性イメージング、X線コンピュータ断層撮影（X線CT）、生成トポグラフィック画像、非破壊試験、X線顕微鏡、バイオメディカルイメージング等のような、医用イメージングになり得る。回折格子構成100は、X線ビームBをフィルタリングして、修正スペクトルを有する、フィルタリングされたX線ビームB1をもたらしてもよい。
【００５７】
図4は、本発明の実施例による、X線ビームのスペクトルフィルタリングのための、回折格子構成の概略図を示す。
【００５８】
図4は、X線波動場において異なるエネルギに対応する二つの疑似単色コンポーネントの干渉パターンの相対的なシフトを示す。
【００５９】
図4の下部において、第二の回折格子30が示される。第二の回折格子30は、複数の開口部31及びバー32を有し得る。第二の回折格子30の開口部31及びバー32は、周期構造体として形成されてもよく、構成されてもよい。
【００６０】
第二の回折格子30の開口部31が、高エネルギコンポーネントのための強度の最大値MAにアラインされてもたらされると、第二の回折パターンDP2に対応する高エネルギコンポーネントは透過される。
【００６１】
逆に、第二の回折格子30の開口部31が、低いエネルギコンポーネントのための強度の最大値にアラインされてもたらされると、第一の回折パターンDP1に対応する低いエネルギコンポーネントは透過される。
【００６２】
図4の上部において、ラテラル強度分布が示される。Ｙ軸は、高い及び低いエネルギコンポーネントの強度を示し、Ｘ軸は位置xを示す。
【００６３】
二つの回折パターンDP1及びDP2は、正弦波を有する二つの関数によって視覚化される。
【００６４】
図5は、本発明を説明するために、スペクトルフィルタリングされたX線ビームのセットを示す。スペクトルタルボットフィルトレーション効果の実験的な実現は図5に示される。この実験のために、38kVにセットされる管電圧による従来のＸ線管スペクトルが使われている。
【００６５】
図5は、スペクトルのセットとしてのカーブのファミリを示し、各々のスペクトルは第二の回折格子30の異なる位置において記録されるスペクトルによって与えられる。示されるスペクトルは、高純度ゲルマニウム検出器（HPGe）を用いて測定され、1keVより高い特徴エネルギ分解能で測定されている。スペクトルにおける変調は、図4に対応する記載において図示される効果、すなわちスペクトルにおける様々な単色コンポーネントは、吸収回折格子構造に対する縞の相対的な位置に依存して、第二の回折格子30によって多なかれ少なかれブロックされることによる。黒の矢印は、第一及び第二の回折パターンの強度の最大値MAから最小値MIへの線dに沿って第二の回折パターンを移動させる効果を示す。
【００６６】
所与のエネルギの放射線に対するフィルトレーションの効率は、そのエネルギにおける縞の可視性に強く依存する。それゆえに回折格子干渉計において実現されるものと可能な限り同じくらい高い可視性を持っていることは望ましい。
【００６７】
図6A、6Bおよび6Cは、分散要素が第一の回折格子20の上に取り付けられる本発明の実施例による回折格子構成の概略図を示す。
【００６８】
図6Aは、分散回折格子40を構成するため、分散要素10が、X線ビームBの方向に沿って、第一の回折格子20の上に取り付けられる回折格子構成100の概略図を示す。分散要素10及び第一の回折格子20を共に含む分散回折格子40は、第一の方向D1を有する第一のビームコンポーネントBC1及び第二の方向D2を有する第二のビームコンポーネントBC2にX線ビームBを回折させるために構成される。この場合、第二の方向は第一の方向に対して傾けられている。分散回折格子40は、第一のビームコンポーネントの第一の回折パターン（図示略）及び第二のビームコンポーネントの第二の回折パターン（図示略）を生成するために更に構成される。この場合、第二の回折パターンは第一の回折パターンに対してシフトされている。この特定の例において、分散要素10は三角形のプリズムである。選択的に、特定の実施例によれば、回折格子構成100は第二の回折格子30を更に有する。
【００６９】
図6Aと同様に図6Bは、分散回折格子40を構成するため、分散要素10が、X線ビームBの方向に沿って、第一の回折格子20の上に取り付けられる回折格子構成100の概略図を示す。しかしながら、この特定の例において、分散要素10はプリズム50の周期構造体を有する。この場合、このようなプリズムの各々は、第一の方向D1を有する第一のビームコンポーネントBC1及び第二の方向D2を有する第二のビームコンポーネントBC2にX線ビームBを回折させるために構成され、前記第二の方向が第一の方向に対して傾けられる。この特定の例において、分散要素10及び第一の回折格子20の周期構造体はそれぞれ、周期Td及び周期Tgを有し、周期TdはTgの半分に等しい。図6Aにおいて示される本発明の実施例に含まれるように、プリズム50の傾斜が分散要素10の傾斜に必ずしも等しくならないことは注意されるべきである。代わりに、本発明の他の実施例によれば、分散回折格子40を構成するため、プリズム50の周期構造体は、第一の回折格子20の底においてX線ビームBの方向に沿って取り付けられてもよい。選択的に、本発明の他の実施例によれば、回折格子構成100は第二の回折格子30を更に有する。
【００７０】
図6Bと同様に図6Cは、分散回折格子40を構成するため、分散要素10が、X線ビームBの方向に沿って、第一の回折格子20の上に取り付けられ、分散要素10がプリズム50の周期構造体を有する、回折格子構成100の概略図を示す。しかしながら、この特定の例において、分散要素10及び第一の回折格子20は、分散回折格子40に一体化される。この場合、プリズム50（説明のため、図6Bにおいて示される特定の例と同じ）は、第一の回折格子20の周期構造体上に重ね合わされる。従って、図6Bにおいて示される特定の例とは逆に、本発明のこの実施例において、周期構造体の最小値とプリズム50との間にギャップは存在しない。図6Bにおいて示される本発明の実施例と同様に、周期Tdは、周期Tgの半分に等しい。選択的に、特定の実施例によれば、回折格子構成100は、第二の回折格子30を更に有する。
【００７１】
図7Aおよび7Bは、第一の回折格子がマイクロレンズ回折格子である、本発明の実施例による、回折格子構成の概略図を示す。
【００７２】
図7Aは、マイクロレンズ回折格子である第一の回折格子20及び分散要素10を有する、回折格子構成100の概略図を示す。この特定の例において、マイクロレンズ回折格子は、三角形のプリズムの周期構造体によって構成される。
【００７３】
代わりに、本発明の他の実施例によれば、マイクロレンズ回折格子は、半円形又は放物線状のプリズムによって構成されてもよい。この特定の例において、マイクロレンズ回折格子は、（2n+1）*pi/2に等しい高さを有する。この場合、nは、マイクロレンズ回折格子において含まれる縞の量を示す。この特定の実施例において、分散要素10は、プリズム50の周期構造体を有する。この特定の例において、分散要素10の周期構造体及び第一の回折格子20はそれぞれ、周期Td及び周期Tgを有する。この場合、周期Tdは周期Tgに等しい。選択的に、本発明の特定の実施例によれば、分散回折格子を構成するため、分散要素10は、X線ビームBの方向に沿って、第一の回折格子20の上に取り付けられてもよい。代わりに、本発明の他の実施例によれば、分散回折格子を構成するため、分散要素10は、X線ビームBの方向に沿って、第一の回折格子20の底に取り付けられてもよい。選択的に、本発明の他の特定の実施例によれば、回折格子構成100は、第二の回折格子30を有する。第一の回折格子20がマイクロレンズ回折格子である結果として、図6A、6Bおよび6Cにおいて表示されるように、第二の回折格子30のデューティサイクルは本発明の実施例と比較して減らされてもよい。
【００７４】
図7Aと同様に、図7Bは、マイクロレンズ回折格子である第一の回折格子20及び分散要素10を有する、回折格子構成100の概略図を示す。しかしながら、この特定の例において、プリズム50（説明のため、図6Bにおいて示される特定の例と同じ）はマイクロレンズ回折格子の周期構造体の上に重ね合わされる。従って、図7Aにおいて示される特定の例とは逆に、本発明のこの実施例において、プリズム50とマイクロレンズ回折格子との間にギャップは存在しない。それゆえに、本発明の実施例において、マイクロレンズ回折格子である第一の回折格子20及び分散要素10が、分散回折格子40に一体化される。マイクロレンズ回折格子は、（2n+1）*pi/2に等しい高さを有する。この場合、nは、マイクロレンズ回折格子において含まれる縞の量を示す。図7Aにおいて示される本発明の実施例と同様に、周期Tdは、周期Tgに等しい。
【００７５】
図8は、本発明の実施例による、X線ビームのスペクトルフィルタリングのための回折格子構成の概略図を示す。
【００７６】
様々な縞の間の空間分離は、元の波動場における異なる単色コンポーネントに対応して、プリズムの屈折率及びプリズム角度により増大する。それはプリズムによって波動場の上にもたらされる全位相-勾配によって決定される。
【００７７】
第一の回折格子20と第二の回折格子30との両方のデューティサイクルは、より高い可視性で干渉縞を得るような態様で調整されることができる。このように、アプリケーションの特定の必要性に適合するピッチで、適切な第二の回折格子30と共に使われるとき、空間領域において分離することによる選択又はスペクトル分離はさらにより効率的になる。予め選ばれた単色コンポーネントが任意に選び出されることはできるように、より複合的なマスクが設計されることはできる。第二の回折格子30をシフトすることは、わずかなラテラル移動のみでスペクトルをすばやく修正するために容易に用いられることも可能であり、すなわち圧電アクチュエータで容易に実現され得る。
【００７８】
（180度に近い）急勾配の回折格子又は高電子密度の物質によって実現される非常に高い勾配の場合、エネルギ分散は非常に大きいのでエネルギが「ラップ」する。これは、異なるエネルギに対応する縞が再びアラインされることを示す。これは、（「櫛状」スペクトルをもたらす）エネルギの関数、X線の場合、他の手段で得るのが非常に難しい特徴として、フィルタの透過の疑似周期振動をもたらし得る。これらの櫛は、第二の回折格子30の移動を介してエネルギでシフトされることができる。
【００７９】
くし構造は、当然のことながら、異なるプリズムを備える、提案されたフィルタの二つ又はそれより多くをカスケード接続することによって容易に除かれ得る。減衰勾配を避けるために、ある場合においてプリズムをフリップする違いのみで二つの同じシステムを互いの後に置くことによってカスケード接続は役立ち得る。
【００８０】
図8の更なる要素及び参照符号は、すでに説明されており、図4に対応する記載で説明される。それ故に、これらの要素及び参照符号の繰り返される記載は省略される。
【００８１】
図9は、本発明の実施例による、X線ビームのスペクトルフィルタリングのための方法のフローチャート図を示す。
【００８２】
X線ビームBのスペクトルフィルタリングのための方法は、以下のステップを有する。
【００８３】
本方法の第一のステップとして、分散要素10により、第一の方向D1を有する第一のビームコンポーネントBC1及び第一の方向D1に対して傾けられる第二の方向D2を有する第二のビームコンポーネントBC2にX線ビームBを回折させるステップS1が実行される。
【００８４】
本方法の第二のステップとして、第一の回折格子20により、第一のビームコンポーネントBC1の第一の回折パターンDP1及び第二のビームコンポーネントBC2の第二の回折パターンDP2を生成するステップS2が実行され、この場合、第二の回折パターンDP2は、第一の回折パターンDPに対してシフトされる。
【００８５】
本方法の第三のステップとして、少なくとも一つの開口部31が第一の回折パターンDP1又は第二の回折パターンDP2の強度の最大値MAから最小値MIへの線dに沿ってアラインされるような態様で、少なくとも一つの開口部31で第二の回折格子30をアラインするステップS3が実行される。
【００８６】
選択的に、本発明の実施例によれば、本発明の更なるステップにおいて、少なくとも一つの開口部31が第一の回折パターンDP1又は第二の回折パターンDP2の強度の最大値MAから最小値MIへの線dに沿って移動可能に移動させられる態様で、少なくとも一つの開口部31で第一の回折格子20及び／又は第二の回折格子30を移動させるステップS3が実行される。
【００８７】
本発明は、図面及び上述の記載において詳細に図示されると共に記載されているが、このような図面及び記載は例示的であり、限定的なものでないことは考慮されるべきであり、本発明は開示の実施例に限定されるものではない。開示の実施例に対する他のバリエーションは、図面、開示、及び従属請求項の検討から特許請求の範囲に記載の発明を実施する当業者によって理解され得ると共にもたらされ得る。
【００８８】
クレームにおいて、"有する"という語は他の要素若しくはステップを除外せず、不定冠詞"ａ"若しくは"ａｎ"は複数を除外しない。単一のプロセッサ若しくは他のユニットがクレームに列挙される複数の項目の機能を満たしてもよい。特定の手段が相互に異なる従属クレームに列挙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ることができないことを示すものではない。請求項の参照番号は、これらの請求項の保護範囲を限定するものではない。
【００８９】
参照符号のリスト：
10  分散要素
20  第一の回折格子
30  第二の回折格子
40  分散回折格子
50  プリズム
31  開口部
32  バー
100  回折格子構成
200  X線システム
210  X線ソース
220  X線検出器
B  X線ビーム
B1  フィルタリングされたX線ビーム
BC1  第一のビームコンポーネント
BC2  第二のビームコンポーネント
α+  傾斜角度
d  線
D1  第一の方向
D2  第二の方向
DP1  第一の回折パターン
DP1-1  より高次の回折パターン
DP2  第二の回折パターン
MA  最大値
MI  最小値
Td  分散要素の周期
Tg  第一の回折格子の周期
【図１】
2016517008.tif 000005
【図２】
2016517008.tif 000006
【図３】
2016517008.tif 000007
【図４】
2016517008.tif 000008
【図５】
2016517008.tif 000009
【図６Ａ】
2016517008.tif 000010
【図６Ｂ】
2016517008.tif 000011
【図６Ｃ】
2016517008.tif 000012
【図７Ａ】
2016517008.tif 000013
【図７Ｂ】
2016517008.tif 000014
【図８】
2016517008.tif 000015
【図９】
2016517008.tif 000016
【国際調査報告】
2016517008.tif 000017
2016517008.tif 000018