(57)【要約】  位相コントラスト画像化システム１００用のＸ線検出器１０、及びそのような検出器１０を備える位相コントラスト画像化システム１００が提供される。Ｘ線検出器１０は、シンチレーション装置１２と、シンチレーション装置１２に光学的に結合された複数の感光性ピクセル１５を含む光検出器１４とを備え、Ｘ線検出器１０は、シンチレーション装置１２の表面法線ベクトルに対して平行な主軸１６を有し、シンチレーション装置１２は、互いに間隔をあけて配置された複数の溝２０を有するウェーハ基板１８を含む。それぞれの溝２０は、シンチレーション装置１２の第１の面１３からウェーハ基板１８内への第１の方向２１に沿った深さ２２まで延びており、それぞれの溝２０は、少なくとも部分的にシンチレーション材料で満たされている。この点に関して、複数の溝２０のうちの少なくとも一部の溝が主軸１６に対して傾くような態様で、複数の溝２０のうちの少なくとも一部の溝の第１の方向２１は、主軸１６とは異なっている。シンチレーション装置１２の中心領域２４に配置された溝２０の第１の方向２１と主軸１６との間の角度は、シンチレーション装置１２の外側領域２６に配置された溝２０の第１の方向２１と主軸１６との間の角度よりも小さい。
2020512527.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
位相コントラスト画像化システム用のＸ線検出器であって、前記Ｘ線検出器が、
シンチレーション装置と、
前記シンチレーション装置に光学的に結合された複数の感光性ピクセルを含む光検出器と
を備え、
前記Ｘ線検出器が、前記シンチレーション装置の表面法線ベクトルに対して平行な主軸を有し、
前記シンチレーション装置が、互いに間隔をあけて配置された複数の溝を有するウェーハ基板を含み、
それぞれの前記溝が、前記シンチレーション装置の第１の面から前記ウェーハ基板内への第１の方向に沿った深さまで延びており、
それぞれの前記溝が、シンチレーション材料で少なくとも部分的に満たされており、
前記複数の溝のうちの少なくとも一部の溝が前記主軸に対して傾くような態様で、前記複数の溝のうちの少なくとも一部の溝の前記第１の方向が、前記主軸とは異なっており、
前記シンチレーション装置の中心領域に配置された溝の前記第１の方向と前記主軸との間の角度が、前記シンチレーション装置の外側領域に配置された溝の前記第１の方向と前記主軸との間の角度よりも小さい、
Ｘ線検出器。
【請求項２】
前記外側領域に配置された溝の方が、前記中心領域に配置された溝よりも前記主軸に対して傾いている、
請求項１に記載のＸ線検出器。
【請求項３】
前記シンチレーション装置が、前記主軸に対して平行な第１の方向を有する少なくとも１つの溝を有し、
当該少なくとも１つの溝が、前記シンチレーション装置の中心領域に配置された、
請求項１又は２に記載のＸ線検出器。
【請求項４】
前記溝の前記第１の方向と前記主軸との間の角度が、前記溝から前記シンチレーション装置の中心領域までの距離の増大とともに増大する、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載のＸ線検出器。
【請求項５】
それぞれの前記溝が、シンチレーション材料で完全に満たされている、
請求項１乃至４のいずれか一項に記載のＸ線検出器。
【請求項６】
それぞれの前記溝が、長手の延伸方向に沿って複数の区画に分割された、
請求項１乃至５のいずれか一項に記載のＸ線検出器。
【請求項７】
前記溝の少なくとも一部の溝が、長方形、台形、管形、円筒形、円錐形又は非対称形の形状を有する、
請求項１乃至６のいずれか一項に記載のＸ線検出器。
【請求項８】
平面検出器である、
請求項１乃至７のいずれか一項に記載のＸ線検出器。
【請求項９】
前記ウェーハ基板がシリコンを含み、且つ／又は
前記シンチレーション材料が、ＣｓＪ、ＮａＪ、ＣｓＩ（Ｔｌ）、ＣｓＩ（Ｎａ）、ＣｓＩ（ｐｕｒｅ）、ＣｓＦ、ＫＩ（Ｔｌ）、ＬｉＩ（Ｅｕ）及び酸硫化ガドリニウムのうちの少なくとも１つを含む、
請求項１乃至８のいずれか一項に記載のＸ線検出器。
【請求項１０】
それぞれの前記溝が、０．５ｍｍから５ｍｍの深さを有し、且つ／又は
それぞれの前記溝が、１μｍから２００μｍの幅を有する、
請求項１乃至９のいずれか一項に記載のＸ線検出器。
【請求項１１】
それぞれの前記溝が、長手の延伸方向に沿った長さを有し、前記長さが、前記光検出器の単一の感光性ピクセルの長さと一致する、
請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のＸ線検出器。
【請求項１２】
位相コントラスト画像化システム内での請求項１乃至１１のいずれか一項に記載のＸ線検出器の使用。
【請求項１３】
位相コントラスト画像化システムの光軸周りに中心を有するＸ線のビームを放出するＸ線源と、
請求項１乃至１１のいずれか一項に記載のＸ線検出器と、
前記Ｘ線源と前記Ｘ線検出器との間に配置された少なくとも１つの格子と
を備え、
前記Ｘ線検出器の前記主軸が、前記位相コントラスト画像化システムの前記光軸に対して平行である、
位相コントラスト画像化システム。
【請求項１４】
それぞれの前記溝の前記第１の方向が、前記位相コントラスト画像化システムの焦点スポット及び／又は前記Ｘ線源の方を向くように、前記Ｘ線検出器が配置された、
請求項１３に記載の位相コントラスト画像化システム。
【請求項１５】
Ｘ線検出器を製造する方法であって、前記方法は、
ウェーハ基板に複数の溝を形成するステップであって、前記溝が互いに間隔をあけて配置されるように、及びそれぞれの前記溝が、前記ウェーハ基板の表面から前記ウェーハ基板内への第１の方向に沿った深さまで延びるように、前記溝を形成するステップと、
それぞれの前記溝を、シンチレーション材料で少なくとも部分的に満たすステップと、
少なくとも部分的に満たされた前記溝を有する前記ウェーハ基板を光検出器上に配置するステップと
を有し、
前記Ｘ線検出器が、前記ウェーハ基板の表面法線ベクトルに対して平行な主軸を有し、
前記複数の溝のうちの少なくとも一部の溝が前記主軸に対して傾くような態様で、前記複数の溝のうちの少なくとも一部の溝の前記第１の方向が、前記主軸とは異なっており、
シンチレーション装置の中心領域に配置された溝の前記第１の方向と前記主軸との間の角度が、前記シンチレーション装置の外側領域に配置された溝の前記第１の方向と前記主軸との間の角度よりも小さい、
方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、格子ベースの位相コントラスト画像化に関する。詳細には、本発明は、位相コントラスト画像化システム用のＸ線検出器、位相コントラスト画像化システム内での該Ｘ線検出器の使用、該Ｘ線検出器を備える位相コントラスト画像化システム、及び位相コントラスト画像化システム用のＸ線検出器を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線位相コントラスト画像化及び／又は微分位相コントラスト画像化（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  ｐｈａｓｅ  ｃｏｎｔｒａｓｔ  ｉｍａｇｉｎｇ：ＤＰＣＩ）では、関心の物体を通過したコヒーレントなＸ線の位相情報が視覚化される。従来のＸ線透過画像化法とは違い、ＤＰＣＩでは、投影線に沿った関心の物体の吸収特性だけでなく、関心の物体を透過したＸ線の位相シフト及び／又は物体の小角散乱特性も決定される。これは追加の情報を提供し、この情報は例えば、コントラストの増強、物質組成の決定、微小構造の顕現化及び／又は線量の低減に使用される。
【０００３】
ＤＰＣＩでは普通、単色性が高く、高コヒーレントなＸ線放射が求められる。そのため、例えばＸ線管などの従来のＸ線源が、Ｘ線源と関心の物体との間に置かれた源格子と組み合わせて使用される。この源格子は、Ｘ線ビームが通過する小さな開口を提供することによってコヒーレンスを保証する。関心の物体の後のビーム方向には普通、位相格子（Ｇ１）としても知られる位相シフト格子が置かれる。この位相シフト格子は「ビーム・スプリッタ」の機能を有する。Ｘ線ビームがこの位相格子を通過すると干渉縞が発生する。この干渉縞は、Ｘ線ビームの位相シフトに関する必要な情報を、ビーム強度の極小と極大との相対位置として含む。典型的には、極小と極大との相対位置は数マイクロメートル程度である。１５０μｍ程度の典型的な分解能を有する一般的なＸ線検出器は、このような微細な構造を分解することができないため、この干渉縞は普通、吸収格子（Ｇ２）としても知られる位相分析格子を用いてサンプリングされる。この位相分析格子は、干渉縞の周期性に類似した周期性及び／又は干渉縞の周期性と整合した周期性を有する透過帯（ｓｔｒｉｐ）と吸収帯との周期的なパターンを特徴とする。吸収格子のこの類似した周期性のために、吸収格子の後ろにモアレ・パターンが発生する。このモアレ・パターンははるかに大きな周期性を有し、したがってこのモアレ・パターンは従来のＸ線検出器によって検出可能である。
【０００４】
最終的に微分位相シフトを取得するため、少なくとも１つの格子を、格子ピッチの小部分だけ横方向に移動させる。この小部分は典型的には１μｍ程度である。この技法は「位相ステッピング」とも呼ばれる。次いで、分析格子の位置ごとに測定された特定のモアレ・パターンから位相シフトを抽出することができる。
【０００５】
さらなる展開では、硬Ｘ線を用いた位相シフトのコンピュータ連動断層撮影も実行される。しかしながら、特に円錐ビーム・ジオメトリの場合に、視野の中心の外側の領域にかなり強い位相コントラスト歪みが生じることがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
位相コントラスト画像化システム用のロバストで費用効率が高いＸ線検出器を提供すること、及びそのようなＸ線検出器を使用した位相コントラスト画像化であって、位相コントラスト歪みが低減した改良された画像を生成する位相コントラスト画像化を提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この課題は、独立請求項の主題によって解決され、他の実施形態は、従属請求項及び以下の説明に組み込まれている。
【０００８】
例えばＸ線検出器に関して以下で説明する特徴が、位相コントラスト画像化システムの部分にもあること、及び、その逆に、例えば位相コントラスト画像化システムに関して以下で説明する特徴がＸ線検出器の部分にもあることに留意すべきである。さらに、Ｘ線検出器及び／又は画像化システムに関して以下で説明する特徴は全て、Ｘ線検出器を製造する方法の対応するそれぞれのステップに相互に関係する。
【０００９】
本発明の第１の態様は、位相コントラスト画像化システム用のＸ線検出器に関する。このＸ線検出器は、暗視野画像化に対しても等しく使用されることに留意されたい。このＸ線検出器は、シンチレーション装置と、シンチレーション装置に光学的に結合された複数の感光性ピクセルを含む光検出器とを備える。Ｘ線検出器は、シンチレーション装置の表面法線ベクトルに対して平行な主軸を有し、シンチレーション装置は、互いに間隔をあけて配置された複数の溝を有するウェーハ基板を含む。それぞれの溝は、シンチレーション装置の第１の面及び／又は第１の表面からウェーハ基板内への第１の方向に沿った深さまで延びており、それぞれの溝は、シンチレーション材料で少なくとも部分的に満たされている。さらに、少なくとも一部の溝が主軸に対して及び／又は主軸に関して傾くような態様で、少なくとも一部の溝の第１の方向が主軸及び／又は表面法線ベクトルとは異なっている。
【００１０】
一例によれば、複数の溝のうちの少なくとも１つのサブセット及び／又は複数の溝のうちの少なくとも一部の溝が主軸に対して傾くような態様で、複数の溝のうちの少なくとも１つのサブセット及び／又は複数の溝のうちの少なくとも一部の溝の第１の方向は、主軸及び／又は主軸の方向とは異なっている。言い換えると、複数の溝のうちの少なくともいくつかの溝が主軸に対して傾くような態様で、複数の溝のうちの少なくともいくつかの溝の第１の方向は、主軸及び／又は主軸の方向とは異なっている。
【００１１】
他の例によれば、シンチレーション装置の中心領域に配置された溝の第１の方向と主軸との間の角度は、シンチレーション装置の外側領域に配置された溝の第１の方向と主軸との間の角度よりも小さい。言い換えると、シンチレーション装置の中心領域に配置された少なくとも１つの溝の第１の方向と主軸との間の角度は、シンチレーション装置の外側領域に配置された別の少なくとも１つの溝の第１の方向と主軸との間の角度よりも小さい。
【００１２】
「シンチレーション装置」は、シンチレータ及び／又はシンチレータ配列を指す。主軸は、Ｘ線検出器の軸であって、Ｘ線検出器が位相コントラスト画像化システム内に設置されたときにＸ線源に向かう方向に配置される軸を指す。それに加えて又はその代わりに、主軸は、画像化システムの光軸及び／又はＸ線ビームの中心軸に対して平行である。この点に関して、主軸はさらに、画像化システムの光軸に沿ったビーム方向も指す。表面法線ベクトルは、シンチレーション装置の第１の面の表面法線ベクトルを指す。或いは、表面法線ベクトルは、第１の面の反対側に配置されたシンチレーション装置の第２の面の表面法線ベクトルを指す。第１の面は、Ｘ線検出器が画像化システム内に設置されたときに光検出器の方を向く面であり、第２の面は、Ｘ線源の方を向く面である。
【００１３】
シンチレーション装置は溝の配列を有する。溝は、トレンチとも呼ばれる。それぞれの溝は、対応するそれぞれの溝がシンチレーション装置の第１の面からウェーハ基板内へ延びる特定の第１の方向及び／又は溝方向を有する。したがって、それぞれの溝の第１の方向は、対応するそれぞれの溝の中心軸及び／又は中心平面に対して実質的に平行である。一例として、それぞれの溝の第１の方向は、対応するそれぞれの溝の中心軸及び／又は中心平面によって規定される。それぞれの溝は、第１の方向に沿ったある深さを有し、それぞれの溝は、それぞれの溝の延伸方向に沿って延びるウェーハ基板内の細長い空胴として形成され、この延伸方向は、表面法線ベクトルに対する垂直方向であり、且つ／又は第１の方向に対する横断方向である。したがって、それぞれの溝は、長手の延伸方向にウェーハ基板を部分的に又は完全に横断する。さらに、それぞれの溝は、主軸と対応するそれぞれの溝の第１の方向との間の角度を有し、以下では、この角度が、表面法線ベクトルとそれぞれの溝の第１の方向との間でも測定される。
【００１４】
少なくとも一部の溝を、主軸及び／又は表面法線ベクトルに対して傾くように形成することにより、位相コントラスト歪みが有利に低減する。このようにすると、例えば円錐ビーム・ジオメトリでは、溝の有効アスペクト比を大きくすることによって、強度の損失が低減する。それにより、位相シフト及び／又は暗視野信号が、より高い信頼性でより精確に検出される。したがって、全体的な画像品質が向上する。
【００１５】
本発明は、少なくとも部分的に、以下の考察及び知見に基づくとみなされる。一般に、格子ベースの微分位相コントラスト画像化及び／又は暗視野画像化は、特に胸部画像化の領域において、診断上の追加の価値をおそらく追加する有望な技術である。胸部画像化領域において、暗視野信号チャネルは、肺組織の微小構造の変化に非常に敏感である。この技術に関する最も困難な課題の１つは、大面積格子、特に吸収格子Ｇ２の製造であり、吸収格子Ｇ２は普通、Ｘ線検出器の前に直接に置かれる。現在、この格子は通常、金格子である。しかしながら、Ｇ２格子に対する金格子の使用を回避する必要があることがある。これは、金が、医学的に重要なエネルギー範囲、例えば約６５ｋｅＶから約８２ｋｅＶの範囲においてかなり弱い減衰を有するためである。その結果として、Ｇ２格子は、かなり大きな厚さ及び／又は長さを有することがあり、したがってＧ２格子がかなり高価になることがある。
【００１６】
ウェーハ基板の溝をシンチレーション材料で少なくとも部分的に満たすことによりシンチレータ構造が形成されたシンチレーション装置を備える本発明のＸ線検出器を使用することによって、吸収格子を省くことができる。これは、Ｘ線検出器自体及び／又はシンチレーション装置によって吸収格子の機能が提供されるためである。これにより、Ｘ線検出器及び／又は画像化システムのコストが節減される。本発明のＸ線検出器及び／又はシンチレーション装置によって、位相格子（Ｇ１）によって発生する干渉縞の部分など、関連する位相シフト情報を含むＸ線放射の所望の部分だけが検出される。
【００１７】
本発明の一実施形態によれば、シンチレーション装置の外側領域に配置された溝の方が、シンチレーション装置の中心領域に配置された溝よりも主軸に対して傾いている。
【００１８】
本発明の一実施形態によれば、シンチレーション装置の第１の面は光検出器と直接に接触している。このようにすると、間に吸収性の材料がないため、溝から及び／又は溝に含まれるシンチレーション材料から放出された光が、Ｘ線検出器の感光性ピクセルに直接に透過する。これによって検出器の全体的な効率が増大する。
【００１９】
本発明の一実施形態によれば、シンチレーション装置の中心領域に配置された溝の第１の方向と主軸との間の角度は、シンチレーション装置の外側領域に配置された溝の第１の方向と主軸との間の角度よりも小さい。Ｘ線検出器は、中心領域及び／又は中心エリア、並びに境界領域及び／又は境界エリアを有する。中心領域は、Ｘ線検出器が画像化システム内に設置されたときに、例えば画像化システムの光軸のところに又は画像化システムの光軸に隣接して配置され、外側領域は、光軸からある距離のところに配置された検出器の周辺領域及び／又は境界領域を指す。すなわち、外側領域は、光軸から横方向に間隔をあけて配置される。中心領域の溝の方が外側領域の溝よりも主軸に対して傾いていないような態様で、中心領域に配置された溝の第１の方向と主軸との間の角度は、外側領域に配置された溝の第１の方向の角度よりも小さい。例えば、円錐ビーム・ジオメトリでは、検出器の表面法線ベクトル及び／又は主軸に対する異なる方向からＸ線粒子がＸ線検出器に衝突するようなある広がりを、ビームは有する。外側領域に配置された溝を中心領域に配置された溝よりも傾けることにより、Ｘ線粒子の異なる衝突角度及び／又はビームの広がりが補償され、したがって強度の損失が低減される。
【００２０】
本発明の一実施形態によれば、シンチレーション装置は、主軸に対して平行な第１の方向を有する少なくとも１つの溝を有し、その少なくとも１つの溝は、シンチレーション装置の中心領域に配置されている。その少なくとも１つの溝は、シンチレーション装置の中心に配置されてもよく、画像化システムの主軸及び／又は光軸と整列していてもよい。その代わりに又はそれに加えて、中心領域に配置された複数の溝が、互いに平行で且つ／又は主軸に対して平行な第１方向を有していてもよい。
【００２１】
本発明の一実施形態によれば、溝の第１の方向と主軸との間の角度は、溝からシンチレーション装置の中心領域までの距離の増大とともに増大する。中心領域までの距離は横方向に測定する。すなわち主軸、表面法線ベクトル及び／又は光軸に対して垂直方向及び／又は横断方向に測定する。言い換えると、中心領域までの距離の増大とともに、溝は、主軸に対して順々に且つ／又はますます傾く。このことは、少なくとも一部の溝又は全ての溝が、Ｘ線源の方向、画像化システムの焦点スポットの方向及び／若しくは所定のビーム方向の向きに整列し、且つ／又はＸ線源の方向、画像化システムの焦点スポットの方向及び／若しくは所定のビーム方向の方向を向くことを可能にする。このようにすると、検出器によって検出されるＸ線放射の全体強度が増大する。さらに、有効アスペクト比も増大し、それによってＸ線検出器によって取得される画像の全体的な画像品質が向上する。
【００２２】
本発明の一実施形態によれば、それぞれの溝は、シンチレーション材料で完全に満たされている。これによって、シンチレーション材料で満たされた溝の全体的な光出力がさらに増大し、それにより検出器の全体的な効率が増大する。
【００２３】
本発明の一実施形態によれば、それぞれの溝及び／又はそれぞれの溝の中に含まれるシンチレーション材料は、それぞれの溝の長手の延伸方向に沿って複数の区画に分割されている。言い換えると、それぞれの溝の中のシンチレーション材料は構造化されている。この構造は、シンチレーション装置の第１の面から、それぞれの溝の内部ボリューム内及び／又はウェーハ基板内へそれぞれの溝の深さまで延びる、１つ又は複数のバリヤによって形成され、それらのバリヤは、隣接して配置され且つ／又は直接に隣り合う区間を分離する。それらのバリヤは、単一の区画に含まれるシンチレーション材料によって発生する光を遮るように構成される。したがって、単一の区画内に放出された光はその区画内に閉じ込められる。
【００２４】
本発明の一実施形態によれば、それぞれの溝は、シンチレーション装置の第１の面からウェーハ基板の内部ボリューム内へ延びる。その代わりに又はそれに加えて、シンチレーション装置はさらに、シンチレーション装置の第１の面の反対側のシンチレーション装置の第２の面に配置されたウェーハ基板の層を含む。言い換えれば、溝は、ウェーハ基板を第１の方向に連続的には横断しておらず、むしろウェーハ基板内へある深さまで延びている。このことは一般に、Ｘ線検出器の製造プロセスを単純にする。
【００２５】
本発明の一実施形態によれば、少なくとも一部の溝は、長方形、台形、管形、円筒形、円錐形又は非対称形の形状を有する。したがって、少なくとも一部の溝の断面も長方形、円形、楕円形又は長円形である。集束ジオメトリにおける台形の溝のように、ビーム・ジオメトリによっては、溝の特定のジオメトリが、特定の利点を有する。
【００２６】
本発明の一実施形態によれば、Ｘ線検出器は平面検出器である。その代わりに又はそれに加えて、検出器は、画像化システムの集束ジオメトリに適合するように構成される。集束ジオメトリでは普通、検出器の周辺領域及び／又は外側領域における検出Ｘ線強度の低減を補償するために、検出器及び／又は格子が曲がっている。本発明のＸ線検出器を用いると、このような曲がりが不要となり、Ｘ線検出器の製造プロセスが単純になる。
【００２７】
本発明の一実施形態によれば、ウェーハ基板はシリコンを含む。シリコンの使用が有利なのは、かなり大きく均質なウェーハ基板を低コストで利用できるためである。その代わりに又はそれに加えて、シンチレーション材料が、ＣｓＪ、ＮａＪ、ＣｓＩ（Ｔｌ）、ＣｓＩ（Ｎａ）、ＣｓＩ（ｐｕｒｅ）、ＣｓＦ、ＫＩ（Ｔｌ）、ＬｉＩ（Ｅｕ）及び酸硫化ガドリニウムのうちの少なくとも１つを含む。他の無機結晶もシンチレーション材料として使用される。これらの材料はかなり高い光出力を有し、低コストで入手可能である。
【００２８】
本発明の一実施形態によれば、それぞれの溝は、０．５ｍｍから５ｍｍ、特に１ｍｍから３ｍｍの深さを有する。この深さは、それぞれの溝の第１の方向に沿って測定される。その代わりに又はそれに加えて、それぞれの溝が、１μｍから２００μｍ、特に２μｍから１００μｍの幅を有する。この幅は、対応するそれぞれの溝の第１の方向に対して垂直方向及び／又は横断方向に測定される。溝の上述の寸法は、微分位相コントラスト画像化用途に対して適しており、特に、位相格子によって発生した干渉縞を効率的に検出するのに適している。この点に関して、溝の寸法は、位相格子（Ｇ１）の周期性及び／若しくは位相格子によって発生する対応する干渉縞の周期性と同様であり、それらの周期性とバランスがとれており、且つ／又はそれらの周期性と相関している。
【００２９】
一例として、溝のアスペクト比及び／又はそれぞれの溝のアスペクト比は５から１０００、特に約１０から１００までの範囲にある。この点に関して、このアスペクト比は、検出する放射、例えばＸ線のタイプ及び／又はエネルギーに依存する。したがって、溝は、放射及び／又はＸ線光子を十分に吸収する十分な深さを有するべきである。ＣＴ用途では、約３ｍｍの阻止能が適当であり、マンモグラフィ用途では、約１ｍｍの阻止能が適当である。したがって、それぞれの溝の深さもこの範囲にすることができる。他方、溝の幅は、位相コントラスト画像化システムの設計に依存する。溝のピッチ、溝間隔、及び／又は隣接する２つの溝と溝の間の距離は約１μｍから約５００μｍ、特に約２μｍから約１００μｍであり、ウェーハ基板によって形成され、隣接する２つの溝を分離する壁の壁厚はピッチの約半分である。
【００３０】
本発明の一実施形態によれば、それぞれの溝は、それぞれの溝の長手の延伸方向に沿った長さを有し、この長さは、光検出器の単一の感光性ピクセルの長さと一致している。この長さは、それぞれの溝の第１の方向に対して垂直方向及び／又は横断方向に測定される。言い換えると、ウェーハ基板及び／又はシンチレーション装置は、単一の感光性ピクセルが単一の溝をカバーするように形成される。感光性ピクセルの典型的な長さは約１００μｍから約３００μｍである。したがって、長手の延伸方向の溝の長さも約１００μｍから約３００μｍである。本発明の第２の態様は、前述及び後述の、位相コントラスト画像化システム内でのＸ線検出器の使用に関する。この画像化システムは例えば、集束ジオメトリ及び／又は円錐ビーム・ジオメトリを有する画像化システムを指す。この画像化システムはさらに、コンピュータ連動断層撮影システム及び／又はＣアーム・システムを指す。
【００３１】
本発明の第３の態様は、位相コントラスト画像化システムに関し、この位相コントラスト画像化システムは、位相コントラスト画像化システムの光軸周りに中心を有するＸ線のビームを放出するＸ線源と、前述及び後述のＸ線検出器と、Ｘ線源とＸ線検出器との間に配置された少なくとも１つの格子とを備える。光軸は例えば、Ｘ線ビームの中心軸及び／又は対称軸を指す。光軸は、主軸及び／又は検出器の表面法線ベクトルに対して平行にＸ線検出器を直接に指す。画像化システムはさらに、２つの格子をさらに備え、第１の格子は、Ｘ線源と検査する関心の物体との間に配置される。第１の格子は、コヒーレントなＸ線ビームを提供し、且つ／又は大きな焦点スポットをより小さないくつかの焦点スポットに分割し、より小さなそれぞれの焦点スポットは、干渉縞を発生させるのに十分な大きさの空間的コヒーレンス及び／又はコヒーレンス長を有する。さらに、第２の格子は、関心の物体とＸ線検出器との間に配置される。第２の格子は、干渉縞を発生させるように構成された位相格子である。さらに、Ｘ線検出器の主軸は、位相コントラスト画像化システムの光軸に対して平行である。
【００３２】
本発明の一実施形態によれば、それぞれの溝の第１の方向が、位相コントラスト画像化システムの焦点スポット及び／若しくはＸ線源の方を向き、且つ／又は位相コントラスト画像化システムの焦点スポット及び／若しくはＸ線源へ向かう方向と整列するように、Ｘ線検出器は配置されている。Ｘ線源は点光源であり、したがって焦点スポットはＸ線源の位置を指す。全ての溝を焦点スポットの方向へ整列させることにより、検出される全体強度がさらに増大する。
【００３３】
本発明の第４の態様は、Ｘ線検出器を製造及び／又は製作する方法に関する。この方法は、
−  ウェーハ基板に複数の溝を形成するステップであり、溝が互いに間隔をあけて配置されるように、及びそれぞれの溝が、ウェーハ基板の表面からウェーハ基板内への第１の方向に沿った深さまで延びるように、溝を形成するステップと、
−  それぞれの溝を、シンチレーション材料で少なくとも部分的に満たすステップと、
−  少なくとも部分的に満たされた溝を有するウェーハ基板を光検出器上に配置するステップと
を有する。
【００３４】
この点に関して、Ｘ線検出器は、ウェーハ基板の表面法線ベクトルに対して平行な主軸を有し、溝の少なくとも一部が主軸に対して傾くような態様で、溝の少なくとも一部の溝の第１の方向は、主軸とは異なっている。
【００３５】
この第４の態様の一例によれば、複数の溝のうちの少なくとも１つのサブセット及び／又は複数の溝のうちの少なくとも一部の溝が主軸に対して傾くような態様で、複数の溝のうちの少なくとも１つのサブセット及び／又は複数の溝のうちの少なくとも一部の溝の第１の方向は、主軸とは異なっている及び／又は主軸の方向とは異なっている。言い換えると、複数の溝のうちの少なくともいくつかの溝が主軸に対して傾くような態様で、複数の溝のうちの少なくともいくつかの溝の第１の方向は、主軸とは異なっている及び／又は主軸の方向とは異なっている。
【００３６】
この第４の態様の他の例によれば、シンチレーション装置の中心領域に配置された溝の第１の方向と主軸との間の角度は、シンチレーション装置の外側領域に配置された溝の第１の方向と主軸との間の角度よりも小さい。言い換えると、シンチレーション装置の中心領域に配置された少なくとも１つの溝の第１の方向と主軸との間の角度は、シンチレーション装置の外側領域に配置された別の少なくとも１つの溝の第１の方向と主軸との間の角度よりも小さい。
【００３７】
本発明のこれらの態様及びその他の態様は、以下で説明する実施形態から明白となり、それらの実施形態を参照することによって解明される。
【００３８】
以下では、添付図に示された例示的な実施形態を参照して本発明の主題をより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の例示的な実施形態に基づく位相コントラスト画像化システムを示す図である。
【図２ａ】本発明の例示的な実施形態に基づくＸ線検出器の断面図である。
【図２ｂ】本発明の例示的な実施形態に基づくＸ線検出器の下面図である。
【図３】本発明の例示的な実施形態に基づく位相コントラスト画像化システムの断面図である。
【図４】本発明の例示的な実施形態に基づくＸ線検出器を製造する方法のステップを示す流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
原則として、これらの図中、同一の部分、類似の部分及び／又は機能的に類似の部分は同じ参照符号を用いて示される。図は略図であり、一様な倍率では描かれていない。
【００４１】
図１は、本発明の例示的な実施形態に基づく位相コントラスト画像化システム１００を示す。画像化システム１００は、例えば微分位相コントラスト画像化に使用される。
【００４２】
画像化システム１００は、Ｘ線、Ｘ線放射及び／又はＸ線光子のビーム１０４を放出するＸ線源１０２を備える。Ｘ線源１０２は、Ｘ線管及び／又は点源である。画像化システム１００はさらに焦点スポット１０３を有する。Ｘ線ビーム１０４は円錐状の形状を有することができ、且つ／又は、画像化システム１００の光軸１０６周りに中心を有する。光軸１０６は、光軸１０６に対して垂直な平面から測定されたＸ線源１０２までの最短距離の方向を示す。Ｘ線ビーム１０４は、図１に示されたｚ方向に放出される。
【００４３】
ビーム１０４の空間的コヒーレンスを提供するため、及び／又は空間的にコヒーレントなＸ線ビーム１０４を発生させるために、画像化システム１００はさらに、Ｘ線源１０２と関心の物体１１０との間に配置された源格子１０８を備える。関心の物体１１０は、ビーム１０４の内側に置かれ、画像化システム１００によって検査される。源格子１０８は、平行な複数のストリップを含む１次元グリッドである。関心の物体１１０は例えば患者、患者の部分及び／又は他の任意の物体である。ビーム１０４の空間的コヒーレンスは或いは、源格子１０８を必要としないような特殊なタイプのＸ線源１０２によって提供される。
【００４４】
画像化システム１００はさらに、位相格子１１２及びＸ線検出器１０を備える。位相シフト格子及び／又はＧ１格子とも呼ばれる位相格子１１２は、関心の物体１１０とＸ線検出器１０との間及び／又はＸ線源１０２と物体１１０との間に配置される。位相格子１１２は、平行な複数のストリップを含む１次元グリッドである。後続の図で詳細に説明するように、Ｘ線検出器１０は、シンチレーション装置１２と、複数の感光性ピクセルを含む光検出器１４とを備える。
【００４５】
位相格子１１２は一般に、干渉縞を発生させるように構成される。干渉縞は、Ｘ線ビーム１０４の位相シフトに関する情報を、ビーム強度の極小と極大の相対位置として含む。言い換えると、極小と極大の相対位置は、位相格子１１２に入射した波面の位相シフトに依存する。関心の物体１１０を通過するＸ線の位相は、例えば関心の物体１１０に含まれる物質の密度及び／又は厚さなどの関心の物体１１０の物理的特性に従って変化するため、位相格子１１２によって発生する干渉縞も、関心の物体１１０の物理的特性に従って変化する。したがって、干渉縞を分析することにより位相シフト情報が抽出される。この情報は例えば、Ｘ線吸収画像のコントラストを増大及び／又は向上させるために使用される。従来の位相コントラスト画像化システムでは、位相格子１１２によって発生する干渉縞が、Ｘ線検出器１０の前に配置され且つ／又は置かれた分析格子（Ｇ２格子）によって分析される。本発明に基づく画像化システム１００では、後続の図で詳細に説明するように、分析格子の機能が、Ｘ線検出器１０に有利に統合されている。
【００４６】
画像化システム１００はさらに、画像化システム１００のＸ線検出器１０、Ｘ線源１０２及び／又は他の構成要素を制御するように構成された制御ユニット、制御モジュール、コントローラ及び／又は制御回路１１４を備える。制御ユニット１１４はさらに、Ｘ線検出器１０から読み出されたデータを信号処理するように、且つ／又はＸ線検出器１０によって収集されたデータをデータ処理するように構成されている。
【００４７】
任意選択で、画像化システム１００は、位相格子１１２、Ｘ線検出器１０及び／又は源格子１０８を横方向に、すなわち光軸１０６に対して垂直方向及び／又は横断方向に移動させるように構成された、アクチュエータ１２０、圧電アクチュエータ１２０、ステッパ１２０及び／又はステッピングモータ１２０を備える。この移動は、微分位相シフトを取得することを可能にし、「位相ステッピング」とも呼ばれる。次いで、それぞれの位置の特定の測定値から実際の位相シフトを抽出することができる。
【００４８】
図２ａは、位相コントラスト画像化システム１００用の本発明の例示的な実施形態に基づくＸ線検出器１０の断面図を示す。図２ｂは、位相コントラスト画像化システム１００用の本発明の例示的な実施形態に基づくＸ線検出器１０の下面図を示す。特段の記載がない限り、図２ａ及び図２ｂのＸ線検出器１０は、図１のＸ線検出器１０と同じ要素及び特徴を含む。
【００４９】
Ｘ線検出器１０は平面Ｘ線検出器１０であり、シンチレーション装置１２と、シンチレーション装置１２に光学的に結合された複数の感光性ピクセル１５を含む光検出器１４とを備える。図２ｂでは、感光性ピクセル１５が概略的に長方形１５として示されている。Ｘ線検出器１０は、Ｘ線検出器１０の表面法線ベクトル及び／若しくはシンチレーション装置１２の表面法線ベクトルに対して平行に向けられ、且つ／又はＸ線検出器１０の表面法線ベクトル及び／若しくはシンチレーション装置１２の表面法線ベクトルに対して平行に整列した、主軸を有する。画像化システム１００内にＸ線検出器１０が設置されたときに、主軸１６は、画像化システムの光軸１０６と整列する。すなわち、主軸１６は、焦点スポット１０３及び／又はＸ線源１０２の方を向く。表面法線ベクトルは、シンチレーション装置１２の第１の表面１３及び／又は第１の面１３のベクトルを表す。しかしながら、表面法線ベクトルは、第１の面１３の反対側のシンチレーション装置の別の面／表面上の対応するそれぞれのベクトルも表してもよい。
【００５０】
シンチレーション装置１２はウェーハ基板１８、例えばシリコンウェーハ基板を含み、ウェーハ基板１８は、主軸１６に対して垂直方向及び／又は横断方向に互いに間隔をあけて配置された複数の溝２０及び／又はトレンチ２０を有する。図２ａ及び図２ｂに示されているように、溝２０は、ｘ方向に互いに間隔をあけて配置されており、隣接する２つの溝２０と溝２０との間にはウェーハ基板１８が配置されている。溝２０は、ｘ方向に互いに等しい間隔をあけて配置されており、且つ／又は隣接する２つの溝２０と溝２０との間の距離が異なるように配置されている。これにより、溝２０は、ウェーハ基板１８によって互いに間隔をあけて配置されている。それぞれの溝２０は、シンチレーション装置１２の第１の面１３からウェーハ基板１８の内部ボリューム１９内への第１の方向２１に沿った深さ２２まで延びている。図２ａでは、第１の方向２１が、複数の溝２０のうちの２つの溝２０について矢印２１によって概略的に示されている。したがって、それぞれの溝２０は、それぞれの溝２０の溝方向２１を指す、特定の第１の方向２１及び／又は特定の深さ２２を有する。
【００５１】
少なくとも一部の溝２０が主軸１６に対して傾くような態様で、少なくとも一部の溝２０の第１の方向２１は、主軸１６及び／又はＸ線検出器１０の表面法線ベクトルとは異なっている。言い換えると、少なくとも一部の溝２０の第１の方向２１は、Ｘ線検出器１０の表面法線ベクトルに対して横断方向に向けられており、且つ／又はＸ線検出器１０の表面法線ベクトルに対して横断方向の成分を有する。
【００５２】
具体的には、シンチレーション装置１２の中心及び／又は中央領域２４に配置された溝の第１の方向と主軸１６との間の角度は、シンチレーション装置１２の外側領域２６及び／又は周辺領域２６に配置された溝２０の第１の方向２１と主軸１６との間の角度よりも小さい。したがって、外側領域２６に配置された溝２０の方が、中心領域２４に配置された溝２０よりも主軸１６に対して傾いている。
【００５３】
さらに、中心領域２４に配置された少なくとも１つの溝２０ａは、主軸１６及び／又は検出器１０の表面法線ベクトルに対して平行な第１の方向２１ａを有する。さらに、中心領域２４の複数の溝２０が、主軸１６及び／又は検出器１０の表面法線ベクトル対して平行な第１方向２１ａを有してもよい。
【００５４】
さらに、溝２０は、溝２０の第１の方向２１と主軸１６との間の角度が溝２０からシンチレーション装置１２の中心領域２４までの距離の増大とともに増大するような態様で、ウェーハ基板１８に形成されている。言い換えると、溝２０からシンチレーション装置１２の中心領域２４及び／又は中心までの距離が大きいほど、対応するそれぞれの溝２０は主軸１６に対してより傾いている。したがって、中心領域２４までの距離の増大とともに、溝２０はますます傾いている。
【００５５】
それぞれの溝２０は、第１の方向２１に沿って測定された約０．５ｍｍから約５ｍｍ、特に約１ｍｍから約３ｍｍの深さ２２を有する。さらに、それぞれの溝２０は、図２ａに示されたｘ方向に沿って主軸１６に対して垂直に測定された約１μｍから約２００μｍ、特に約２μｍから約１００μｍの幅２３を有する。
【００５６】
図２ｂを参照すると、それぞれの溝は、長手の延伸方向２７に沿った長さ２５を有し、長さ２５は、単一の感光性ピクセル１５の長さと一致し、且つ／又は単一の感光性ピクセル１５の長さと相関する。溝２０の典型的な長さ２５は、約１００μｍから約３００μｍの範囲にある。それぞれの溝２０の延伸方向２７は、図２ｂのｙ軸に対して逆平行に向けられている。それぞれの溝２０は、長手の延伸方向２７に沿ってウェーハ基板１８を完全に横断している。すなわち、図２ｂに示された例では、単一の溝２０の長さが、感光性ピクセル１５の長さの２倍である。或いは、単一の溝２０は、感光性ピクセル１５の長さとほぼ等しい長さ２５を有する。すなわち、図２ｂに示されたｙ方向では、２つの溝２０が、ｙ方向及び／又は長手の延伸方向２７に互いに隣り合って配置される。さらに、図２ｂから分かるように、溝２０の延伸方向２７は互いに平行であり、溝２０は、ウェーハ基板１８によって、延伸方向２７に対して垂直な方向、すなわちｘ方向に分離されている。
【００５７】
それぞれの溝２０は、シンチレーション材料で少なくとも部分的に、好ましくは完全に満たされている。シンチレーション材料は、ＣｓＪ、ＮａＪ、ＣｓＩ（Ｔｌ）、ＣｓＩ（Ｎａ）、ＣｓＩ（ｐｕｒｅ）、ＣｓＦ、ＫＩ（Ｔｌ）、ＬｉＩ（Ｅｕ）及び酸硫化ガドリニウムのうちの少なくとも１つを含む、他の結晶もシンチレーション材料として使用される。
【００５８】
Ｘ線源１０２から放出され、源格子１０８、関心の物体１１０及び／又は位相格子１１２を通過したＸ線光子は、Ｘ線検出器１０及び溝２０に衝突する。溝２０の中でＸ線光子は可視光に変換され、可視光は、感光性ピクセル１５によって電気信号に変換される。最終的に、この電気信号は、制御ユニット１１４によって処理及び／又は評価される。シンチレータ装置１２のシンチレーション材料に衝突したＸ線光子によって発生した光は全方向に放出されるため、それぞれの溝２０及び／又はそれぞれの溝２０に含まれるシンチレーション材料は、長手の延伸方向２７に沿っていくつかの区画２８に分割されている。言い換えると、それぞれの溝２０の中のシンチレーション材料は構造化されている。区画２８は、それぞれの溝２０のシンチレーション材料中に適切なバリヤ２９を形成することによって提供される。バリヤ２９は、シンチレーション装置１２の第１の面１３からそれぞれの溝２０の深さ２２まで延びる。単一の区画２８内でＸ線光子によって発生した光が、対応するそれぞれの区画２８内で平行になり、且つ／又は細分されることが、区画２８及び／又はバリヤ２９によって保証される。したがって、特定の区画２８内で発生した光はバリヤ２９を横切らない。このことはさらに、Ｘ線検出器１０の分解能を増大させる。区画２８は、延伸方向２７において、単一の感光性ピクセル１５がカバーする延伸方向２７のエリアと同じくらいの大きさで延びる。言い換えると、区画２８と単一の感光性ピクセル１６とは、延伸方向２７において同一の延伸及び／又は寸法を有する。
【００５９】
図２ａを参照すると、溝２０の断面形状は台形である。しかしながら、長方形、管形、円筒形、円錐形又は非対称形など他の形状も、例えばビーム・ジオメトリによっては実施可能である。
【００６０】
Ｘ線検出器１０に対して、溝２０を有する２次元グリッドも製造及び／又は使用されることに留意されたい。したがって、溝２０は、ウェーハ基板１８内に、パターン、２次元グリッド及び／又はアレイとして配置される。このことは、Ｘ線検出器１０を用いて２次元位相シフト情報を抽出することを可能にする。
【００６１】
図３は、本発明の例示的な実施形態に基づく位相コントラスト画像化システム１００の断面図を示す。特段の記載がない限り、図３の画像化システム１００は、図１の画像化システム１００並びに／又は図２ａ及び図２ｂを参照して説明したＸ線検出器１０と同じ要素及び特徴を含む。
【００６２】
見やすくするために、図３に示されたＸ線検出器１０は３つの溝２０、２０ａだけを有する。しかしながら、Ｘ線検出器１０はそれよりも多くの溝２０を有する。
【００６３】
本発明のＸ線検出器１０及び／又は画像化システム１００の利点を示すため、図３には、Ｘ線ビーム１０４の３つの異なる衝突方向１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃが概略的に示されている。図３に示されたこの集束ジオメトリでは、それぞれの溝２０、２０ａ及び／又はそれぞれの溝２０、２０ａの対応するそれぞれの第１の方向２１、２１ａが、画像化システム１００の焦点スポット１０３及び／若しくはＸ線源１０２の方を向いており、且つ／又は  画像化システム１００の焦点スポット１０３及び／若しくはＸ線源１０２へ向かう方向と整列している。したがって、それぞれの溝２０、２０ａの第１の方向２１、２１ａは、Ｘ線の対応するそれぞれの衝突方向１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃに対して逆方向に向けられている。この設計は、有利には、Ｘ線検出器１０によって検出される強度の損失を低減させることを、有効アスペクト比を大きくすることにより可能にする。したがって、位相コントラスト歪みは低減し、全体的な画像品質は向上する。
【００６４】
典型的には、大面積の検出器１０は約５０ｃｍ×５０ｃｍのサイズを有し、このサイズが、約５０ｃｍから２００ｃｍの距離ＤのところにあるＸ線源１０２によって照射される。このことは、Ｘ線検出器１０の表面法線ベクトル及び／又は対応するそれぞれの検出器平面の表面法線ベクトルに対してある角度で入射するＸ線光子は、光軸１０６までの距離が増大するにつれて増加することを含意する。検出器１０の境界付近及び／又はＸ線検出器１０の外側領域２６では、最大角度αが、ａｒｃｔａｎ  （ａ／２）／Ｄに等しい。ここで、ａは、光軸１６に対して垂直な方向の検出器１０の寸法を指す。したがって、検出器１０の周辺エリア２６及び／又は外側領域２６の鮮明度、さらには検出強度が低減する。本発明の検出器１０を用いると、この問題は大幅に軽減し、且つ／又は完全に解決される。
【００６５】
図４は、本発明の例示的な実施形態に基づくＸ線検出器１０を製造する方法のステップを示す流れ図を示す。
【００６６】
ステップＳ１で、ウェーハ基板１８に複数の溝２０を形成する。溝２０は、溝２０が互いに間隔をあけて配置されるように、並びにそれぞれの溝２０が、ウェーハ基板１８の表面１３及び／又は第１の面１３からウェーハ基板１８内への第１の方向２１に沿った深さ２２まで延びるように、形成する。
【００６７】
第２のステップＳ２で、それぞれの溝２０を、シンチレーション材料で少なくとも部分的に満たす。
【００６８】
第３のステップＳ３で、少なくとも部分的に満たされた溝２０を有するウェーハ基板１８を光検出器１４上に配置する。
【００６９】
この方法によって製造及び／又は製作されたＸ線検出器１０は、以前の図１から図３に記載されたＸ線検出器１０と同じ特徴及び／又は要素を含む。
【００７０】
具体的には、Ｘ線検出器１０は、ウェーハ基板１８の表面法線ベクトルに対して平行な主軸１６を有し、少なくとも一部の溝２０の第１の方向２１は、少なくとも一部の溝２０が主軸１６に対して傾くような態様で主軸１６とは異なっている。
【００７１】
ステップＳ１では、例えばエッチング及び／又はドリリングによってウェーハ基板１８に溝２０を形成する。一例として、レーザを用いて溝２０を形成し、任意選択で、エッチング・プロセスを用いて溝２０の表面を平滑化する。
【００７２】
それぞれの溝２０の第１の方向２１を決定するため、シャドー・マスクと組み合わせてレーザ及び／又はＸ線源が使用される。これによって、Ｘ線検出器１０上へのＸ線の衝突方向１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃをシミュレートすること、及び／又はビーム・ジオメトリをシミュレートすることができる。これによって、図３に示されているように、それぞれの溝２０及び／又はそれぞれの第１の方向２１を、Ｘ線の対応するそれぞれの所定の衝突方向１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃと整列させることができる。
【００７３】
図面及び上記の説明において本発明を詳細に示し、説明したが、そのような図示及び説明は、例証又は例示のためであると考えるべきであり、限定のためと考えるべきではない。本発明は、開示された実施形態だけに限定されない。特許請求項に記載された発明を実施した当業者は、図面、本開示及び添付の特許請求項を検討することによって、開示された実施形態の他の変形実施形態を理解し、実施することができる。
【００７４】
特許請求項では、語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」が他の要素又はステップを排除せず、不定冠詞「ａ」又は「ａｎ」が複数を排除しない。互いに異なる従属請求項中に、ある尺度が単に列挙されていることは、それらの尺度の組合せを有利に使用することができないことを示すものではない。特許請求項中の参照符号を、範囲を限定するものと解釈すべきではない。
【図１】
2020512527.tif 000003
【図２ａ】
2020512527.tif 000004
【図２ｂ】
2020512527.tif 000005
【図３】
2020512527.tif 000006
【図４】
2020512527.tif 000007
【国際調査報告】
2020512527.tif 000008
2020512527.tif 000009
2020512527.tif 000010