專利名稱：用于射線攝影的柵格、射線圖像檢測(cè)器、射線成像系統(tǒng)以及用于制備柵格的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于射線攝影的柵格、柵格的制備方法、射線圖像檢測(cè)器和使用該柵格的射線成像系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
當(dāng)射線，例如，X射線入射到物體上時(shí)，由于X射線與物體之間的相互作用，X射線的強(qiáng)度和相位發(fā)生變化。此時(shí)，X射線的相位變化大于強(qiáng)度變化。利用X射線的這些性質(zhì)， 開(kāi)發(fā)并且積極地研究了 X射線相位成像，以使得能夠基于由樣品引起的X射線的相位變化 (角度變化)，獲得具有低X射線吸收性的樣品的高反差圖像(在下文中稱作相襯圖像)。已經(jīng)提出了用于使用塔爾博特(Talbot)效應(yīng)進(jìn)行X射線相位成像的X射線成像系統(tǒng)，它被制造成具有兩個(gè)透射衍射光柵或柵格(例如，參看日本專利公開(kāi)號(hào)2006-259264 和應(yīng)用物理通訊(Applied Physics Letters)第81卷,第17期,第3287頁(yè),作者C. David 等，2002年10月)。在該X射線成像系統(tǒng)中，當(dāng)從X射線源一側(cè)看時(shí)，將第一柵格設(shè)置于樣品后面，并且將第二柵格設(shè)置于與第一柵格相距塔爾博特距離的下游處。在第二柵格后面， 設(shè)置X射線圖像檢測(cè)器(平板檢測(cè)器FPD)以檢測(cè)X射線并且制造圖像。作為條紋圖案的一維柵格的第一和第二柵格的每一個(gè)具有X射線吸收部分和X射線透過(guò)部分，它們?cè)诘谝环较蜓由觳⑶医惶娴嘏帕性谂c第一方向垂直的第二方向上。塔爾博特距離是指透過(guò)第一柵格的X射線通過(guò)塔爾博特效應(yīng)形成第一柵格的自成像(條紋圖像)之處的距離。在以上X射線成像系統(tǒng)中，由第二柵格在第一柵格的自成像上的疊加(強(qiáng)度調(diào)制) 產(chǎn)生的條紋圖像，通過(guò)條紋掃描方法檢測(cè)，以便從歸因于樣品的條紋圖像上的變化獲得樣品的相位信息。在條紋掃描方法中，只要第二柵格相對(duì)于第一柵格在第二方向以柵格間距的整分?jǐn)?shù)的掃描間距平移移動(dòng)，X射線圖像檢測(cè)器捕捉圖像。從圖像的每一個(gè)像素值的變化，獲得由樣品折射的X射線的角度分布，換言之，獲得相位位移的微分圖像。基于該角度分布，獲得樣品的相襯圖像。也可以將條紋掃描方法應(yīng)用至使用激光的成像系統(tǒng)(例如，參見(jiàn)應(yīng)用光學(xué)(Applied Optics)第 37 卷,第 26 期,第 6227 頁(yè),作者 Hector Canabal 等，1998 年9月)。第一和第二柵格具有微細(xì)結(jié)構(gòu)以使得X射線吸收部分的寬度和排列間距為數(shù)微米。同樣，第一和第二柵格的X射線吸收部分需要高X射線吸收率。尤其是，第二柵格需要比第一柵格的X射線吸收率更高的X射線吸收率，以便可靠地施加強(qiáng)度調(diào)制給條紋圖像。由于這些原因，第一和第二柵格的X射線吸收部分由具有高原子量的金(Au)制成。此外，第二柵格的X射線吸收部分在X射線傳播方向上需要相對(duì)大的厚度，即，所謂的高縱橫比(X 射線吸收部分的厚度除以其寬度得到的值)。日本專利公開(kāi)號(hào)2006-259264公開(kāi)了第二柵格的制備方法，其中通過(guò)X射線平版印刷術(shù)(例如，LIGA方法)在設(shè)置在基板上的感光樹(shù)脂層中形成溝，并且將X射線吸收材料如Au通過(guò)電鍍等充填溝中。也已知其中在硅等的基板中通過(guò)干法蝕刻形成溝，并且將X射線吸收材料如Au充填溝中的方法。按照慣例，提出了一種用于制備微細(xì)周期結(jié)構(gòu)體的方法，其中通過(guò)電暈充電對(duì)非線性單晶進(jìn)行極化反轉(zhuǎn)(例如，參考日本專利公開(kāi)號(hào)2002-334977和應(yīng)用物理通訊 (Applied Physics Letters)第 69 卷,第 18 期,第 2629 頁(yè)，1996, A. Harada 等著)。通過(guò)電暈充電沿帶有非常高正交性的非線性單晶的晶軸進(jìn)行極化反轉(zhuǎn)，并且因此其促進(jìn)高縱橫比周期性結(jié)構(gòu)體的產(chǎn)生。在X射線平版印刷術(shù)中，必須將感光樹(shù)脂層暴露至帶有高方向性的同步射線。然而，很少的設(shè)備可以進(jìn)行同步射線曝光，并且曝光花費(fèi)長(zhǎng)時(shí)間并且?guī)?lái)低產(chǎn)量。同樣，使用干法蝕刻的方法需要高成本并帶來(lái)低產(chǎn)量。如與使用同步射線和干法蝕刻的LIGA方法比較，如上所述的極化反轉(zhuǎn)在低成本下帶來(lái)高產(chǎn)量。因此，可以預(yù)見(jiàn)通過(guò)極化反轉(zhuǎn)形成柵格將是非常有益的。然而，日本專利公開(kāi)號(hào) 2002-334977 和應(yīng)用物理通訊(Applied Physics Letters)第 69 卷，第 18 期，第 2629 頁(yè)都沒(méi)有公開(kāi)用于制備柵格的具體方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種通過(guò)非線性單晶的極化反轉(zhuǎn)制備的柵格(grid)。為達(dá)到本發(fā)明的以上和其他目的，根據(jù)本發(fā)明的用于射線攝影的柵格包含由非線性單晶制成的多個(gè)射線透過(guò)(transparent)部分，以及與射線透過(guò)部分交替排列的多個(gè)射線吸收部分。所述射線透過(guò)部分可以摻雜有熒光體，并且在施加射線時(shí)發(fā)射光。射線透過(guò)部分和射線吸收部分可以是傾斜的，以使得從柵格后入射的射線會(huì)在射線的焦點(diǎn)上。優(yōu)選的是射線吸收部分和射線透過(guò)部分在第一方向上延伸，并且在正交于第一方向的第二方向上交替地排列。根據(jù)本發(fā)明的射線圖像檢測(cè)器包含柵格和光檢測(cè)器。該柵格包含多個(gè)射線透過(guò)部分和多個(gè)射線吸收部分。射線透過(guò)部分由摻雜有熒光體的非線性單晶制成以在施加射線時(shí)發(fā)射光。光檢測(cè)器檢測(cè)從柵格射出的光。射線圖像檢測(cè)器還可以包含用于使柵格在射線吸收部分和射線透過(guò)部分的排列方向上以預(yù)定間距移動(dòng)的掃描裝置。根據(jù)本發(fā)明的射線成像系統(tǒng)包含用于發(fā)射射線的射線源、第一柵格、強(qiáng)度調(diào)制裝置、射線圖像檢測(cè)器和計(jì)算裝置。第一柵格使來(lái)自射線源的射線通過(guò)以形成第一周期性圖案圖像。該第一柵格包含交替排列的第一射線透過(guò)部分和第一射線吸收部分。第一射線透過(guò)部分由非線性單晶制成。強(qiáng)度調(diào)制裝置在至少一個(gè)與第一周期性圖案圖像異相的相對(duì)位置對(duì)第一周期性圖案圖像施加強(qiáng)度調(diào)制，以形成第二周期性圖案圖像。射線圖像檢測(cè)器檢測(cè)第二周期性圖案圖像。計(jì)算裝置基于由射線圖像檢測(cè)器檢測(cè)的第二周期性圖案圖像將射線的相位信息成像。強(qiáng)度調(diào)制裝置可以包含第二柵格和掃描裝置。第二柵格具有交替排列的第二射線透過(guò)部分和第二射線吸收部分。第二射線透過(guò)部分由非線性單晶制成。掃描裝置將第一和第二柵格中的一個(gè)在柵格結(jié)構(gòu)的周期性方向上以預(yù)定間距移動(dòng)以將第一和第二柵格設(shè)定在相對(duì)位置上。射線成像系統(tǒng)還可以包含設(shè)置在射線源與第一柵格之間的第三柵格。第三柵格部分地遮擋由射線源發(fā)出的射線以形成許多線光源。第三柵格包含交替排列的第三射線透過(guò)部分和第三射線吸收部分。第三射線透過(guò)部分由非線性單晶制成。射線圖像檢測(cè)器可以包含第二柵格和光檢測(cè)器。第二柵格具有第二射線透過(guò)部分和第二射線吸收部分。第二射線透過(guò)部分由摻雜有熒光體的非線性單晶制成并在施加射線時(shí)發(fā)射光。光檢測(cè)器檢測(cè)由第二柵格發(fā)射的光。強(qiáng)度調(diào)制裝置是用于使第二柵格在第二吸收部分和第二透過(guò)部分的排列方向上以預(yù)定間距移動(dòng)的掃描裝置。用于制造用于射線攝影的柵格的方法包括以下步驟將多個(gè)第一電極形成在經(jīng)過(guò)極化(polling)處理后的非線性單晶基板的第一表面上；將電壓從與第一表面相反的第二表面?zhèn)仁┘又练蔷€性單晶基板，以將非線性單晶基板的面向第一電極的部分的極化方向反轉(zhuǎn)；蝕刻非線性單晶基板，并通過(guò)利用在未反轉(zhuǎn)部分與反轉(zhuǎn)部分之間的蝕刻速率的差別，移除其中沒(méi)有發(fā)生極性反轉(zhuǎn)的未反轉(zhuǎn)部分，同時(shí)保留已發(fā)生極性反轉(zhuǎn)的反轉(zhuǎn)部分；以及將射線吸收材料充填至移除未反轉(zhuǎn)部分之后留下的空間中。該方法可以還包括用熒光體摻雜反轉(zhuǎn)部分的步驟。此外，該方法可以還包括以不同于第一電極周期性的周期性在非線性單晶基板的第二表面上形成第二電極的步驟。在這種情況下，將電壓施加至第二電極。根據(jù)本發(fā)明的用于射線攝影的柵格，射線透過(guò)部分由兩種以上元素組成的非線性單晶制成。與射線透過(guò)部分由單一元素如硅組成的非線性單晶制成的情況比較，這有效地防止了金從射線吸收部分?jǐn)U散至射線透過(guò)部分中。這是因?yàn)橛蓡我辉亟M成的單晶由于其低鍵合強(qiáng)度易于發(fā)生反應(yīng)并且傾向于容許擴(kuò)散，而由兩種以上元素組成的非線性單晶在不同類型的元素之間具有比單一類型的元素之間的鍵合強(qiáng)度更高的鍵合強(qiáng)度。因此，使用由兩種以上類型的元素組成的非線性單晶有利于防止金的擴(kuò)散。同樣，因?yàn)樯渚€吸收部分和射線透過(guò)部分是傾斜的以便會(huì)聚至射線的焦點(diǎn)，射線錐面光束的漸暈減少。根據(jù)本發(fā)明的柵格，射線透過(guò)部分摻雜有熒光體，并且在施加射線時(shí)發(fā)射光。因此，柵格起射線圖像檢測(cè)器的閃爍器的作用。因?yàn)閱尉Ь哂斜榷嗑У奶畛涿芏雀叩奶畛涿芏?，發(fā)光效率變高，并且散射光變少。這有利于射線圖像檢測(cè)器圖像品質(zhì)的提高。此外， 本發(fā)明的射線圖像檢測(cè)器設(shè)置有用于移動(dòng)?xùn)鸥竦膾呙柩b置，并且因此可以拍攝相襯圖像。 上面描述的柵格的使用使得能夠獲得高品質(zhì)的相襯圖像。根據(jù)本發(fā)明的柵格制備方法，對(duì)經(jīng)過(guò)極化處理之后的非線性單晶基板施加極化反轉(zhuǎn)用于在溝的形成中使用。因此，可以在高產(chǎn)量和低成本下形成帶有高縱橫比的射線吸收部分。僅通過(guò)用熒光體摻雜，可以容易地對(duì)柵格賦予閃爍器的功能。此外，如果電極的位置不在第一與第二表面之間排成直線，在傾斜的方向出現(xiàn)極化反轉(zhuǎn)。因此，可以容易地形成會(huì)聚至射線的焦點(diǎn)的射線吸收部分和射線透過(guò)部分。


為了本發(fā)明及其益處的更完整的理解，現(xiàn)在參考以下與附圖結(jié)合進(jìn)行的說(shuō)明，其中圖I是X射線成像系統(tǒng)的示意圖；圖2A是第二柵格的正視圖；圖2B是沿圖2A的線II-II所取的第二柵格的截面圖；圖3是X射線圖像檢測(cè)器的示意性截面圖；圖4是X射線圖像檢測(cè)器的光檢測(cè)器的局部截面圖5是X射線圖像檢測(cè)器的框圖；圖6是具有周期性電極的非線性單晶基板的截面圖；圖7是其中對(duì)非線性單晶基板進(jìn)行極化反轉(zhuǎn)的真空室的示意圖；圖8是在極化反轉(zhuǎn)之后的非線性單晶基板的說(shuō)明性視圖；圖9是顯示了其中將非線性單晶基板結(jié)合至支持基板的狀態(tài)的截面圖；圖10是顯示了其中將非線性單晶基板的未反轉(zhuǎn)部分通過(guò)蝕刻移除的狀態(tài)的截面圖；圖11是顯示了其中將X射線吸收材料充填由未反轉(zhuǎn)部分的移除形成的溝中的狀態(tài)的截面圖；圖12是顯示了其中反轉(zhuǎn)部分用熒光體摻雜的狀態(tài)的截面圖；圖13是顯示了其中反轉(zhuǎn)部分在施加X(jué)射線時(shí)發(fā)射光的狀態(tài)的截面圖；圖14是根據(jù)第二實(shí)施方案的X射線圖像檢測(cè)器的示意截面圖；圖15是使用根據(jù)第二實(shí)施方案的X射線圖像檢測(cè)器的X射線成像系統(tǒng)的示意圖；圖16是顯示根據(jù)第三實(shí)施方案的極化反轉(zhuǎn)狀態(tài)的說(shuō)明性視圖；并且圖17是根據(jù)第三實(shí)施方案的柵格的截面。
具體實(shí)施例方式第一實(shí)施方案如圖I中所示，X射線成像系統(tǒng)10由以下各項(xiàng)構(gòu)成X射線源11、源柵格12、第一柵格13、第二柵格14以及X射線圖像檢測(cè)器15，它們?cè)O(shè)置在作為X射線傳播方向的Z方向上。X射線源11具有，例如，旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極型X射線管，以及用于限制X射線的輻射場(chǎng)并且將X 射線錐面光束施加至樣品H的準(zhǔn)直儀。X射線圖像檢測(cè)器15是由例如半導(dǎo)體電路組成的平板檢測(cè)器(FPD)，并且設(shè)置在第二柵格14后面。將相襯圖像生成器16連接至X射線圖像檢測(cè)器15，以由通過(guò)X射線圖像檢測(cè)器15檢測(cè)的圖像數(shù)據(jù)產(chǎn)生相襯圖像。作為X射線吸收柵格的源柵格12、第一柵格13和第二柵格14與X射線源11在Z 方向上相對(duì)。樣品H設(shè)置在源柵格12和第一柵格13之間。將第一和第二柵格13與14之間的距離設(shè)定為最小塔爾博特距離以下。換言之，根據(jù)該實(shí)施方案的X射線成像系統(tǒng)10通過(guò)X射線的投射拍攝相襯圖像，而不使用塔爾博特效應(yīng)。第二柵格14和掃描機(jī)構(gòu)18組成本發(fā)明的強(qiáng)度調(diào)制裝置。當(dāng)拍攝相襯圖像時(shí)，掃描機(jī)構(gòu)18將第二柵格14在柵格方向(X方向)以第二柵格14的柵格間距的整分?jǐn)?shù)(例如， 1/5)的掃描間距平移。將以第二柵格14為例描述柵格的結(jié)構(gòu)。如圖2A和2B中所示，第二柵格14由以下各項(xiàng)構(gòu)成起柵格作用的柵格層20、在X射線源11側(cè)設(shè)置在柵格層20上的支持基板21 以及設(shè)置在柵格層20與支持基板21之間的晶種層22。柵格層20設(shè)置有多個(gè)X射線吸收部分24和X射線透過(guò)部分25，它們沿垂直于Z 方向的平面上的Y方向延伸。X射線吸收部分24和X射線透過(guò)部分25交替地排列在同時(shí)垂直于Z和Y方向的X方向上，并且組成條紋圖案柵格。X射線吸收部分24吸收(阻擋) 從X射線源11發(fā)射的X射線，同時(shí)X射線透過(guò)部分25透射從中穿過(guò)的X射線。從而，形成條紋圖案圖像。
X射線吸收部分24由帶有高X射線吸收率的材料，如金、鉬、銀或鉛制成。X射線透過(guò)部分25由具有比X射線吸收部分24的X射線吸收率低的X射線吸收率的材料制成。 例如，X射線透過(guò)部分25由非線性單晶如LiNbO3制成。雖然在X射線吸收部分24中所使用的金通過(guò)加熱擴(kuò)散至X射線透過(guò)部分25中，當(dāng)與多晶比較時(shí)，金難以分散至單晶中。因此，與使用多晶的情況比較，在X射線透過(guò)部分25中使用單晶產(chǎn)生更高的柵格性能。支持基板21由與X射線透過(guò)部分25—樣具有低X射線吸收率，并且足夠堅(jiān)硬以支持柵格層20的材料制成。晶種層22由導(dǎo)電材料制成，并且當(dāng)通過(guò)電鍍形成X射線吸收部分24時(shí)用作電極。晶種層22比柵格層20和支持基板21薄的多，并且?guī)缀醪挥绊憱鸥竦腦射線透過(guò)性。X射線吸收部分24的寬度W2和間距P2取決于源柵格12與第一柵格13之間的距離，第一和第二柵格13與14之間的距離，第一柵格13的X射線吸收部分的間距等。例如， 寬度W2為大約2至20 μ m，并且間距P2在4至40 μ m的量級(jí)。X射線吸收部分24在Z方向上的厚度T2越厚，X射線吸收率變得越高。然而，考慮到從X射線源11發(fā)出的X射線錐面光束的漸暈，X射線吸收部分24的厚度T2在例如100至200 μ m的量級(jí)。在這個(gè)實(shí)施方案中，X射線吸收部分24具有例如2. 5 μ m的寬度W2, 5 μ m的間距P2,100 μ m的厚度T2,以及 40的縱橫比。如圖3中所示，X射線圖像檢測(cè)器15配備有基本上箱形的外殼26。外殼26由X 射線透過(guò)材料制成。外殼26在其矩形頂面上具有入射表面26a，向所述矩形頂面施加經(jīng)過(guò)樣品H的X射線。外殼26從入射表面26a側(cè)沿經(jīng)過(guò)樣品H的X射線的傳播方向按下述順序含有閃爍器27、光檢測(cè)器28、基臺(tái)29、主電路板30等。閃爍器27由，例如，CsI: Tl (摻雜有鉈的碘化銫)、CsI:Na(用鈉活化的碘化銫)、GOS(Gd2O2S:Tb)等制成。閃爍器27吸收經(jīng)過(guò)了樣品H并且通過(guò)外殼26施加的X射線并發(fā)射光。光檢測(cè)器28檢測(cè)從閃爍器27的光輸出側(cè)投射的光。如圖4中所示，光檢測(cè)器28 由TFT有源矩陣基板(在下文中稱作TFT基板)構(gòu)成，其中在平坦矩形絕緣基板35中將多個(gè)光電轉(zhuǎn)換器31和像素34形成為矩陣。每個(gè)光電轉(zhuǎn)換器31由光電二極管(PD)等組成。 每個(gè)像素34包含薄膜晶體管(TFT) 32和電容器33。如圖5中所示，光檢測(cè)器28設(shè)置有多個(gè)柵極線37和數(shù)據(jù)線36。柵極線37在特定方向(行方向)上延伸并且用于打開(kāi)和關(guān)閉每個(gè)單獨(dú)的TFT32。數(shù)據(jù)線36在正交于特定方向的方向(列方向)上延伸，并且用于讀出當(dāng)TFT 32打開(kāi)時(shí)通過(guò)TFT 32積累在電容器33 中的電荷。光檢測(cè)器28中的每個(gè)柵極線37連接至柵極線驅(qū)動(dòng)器38。每個(gè)數(shù)據(jù)線36連接至信號(hào)處理部39。將柵極線驅(qū)動(dòng)器38和信號(hào)處理部39安排在主電路板30中，并且經(jīng)由柔性板連接至光檢測(cè)器28。當(dāng)經(jīng)過(guò)樣品H的X射線施加至X射線圖像檢測(cè)器15上時(shí)，閃爍器27以按照入射到表面26a的相應(yīng)位置上的X射線的量從一個(gè)區(qū)域至另一個(gè)區(qū)域變化的量發(fā)射光。之后， 在每個(gè)像素34中，光電轉(zhuǎn)換器31以由從閃爍器27的相應(yīng)區(qū)域發(fā)射的光的量所決定的量產(chǎn)生電荷，并且電容器33積累電荷。在如上所述每個(gè)像素34在其電容器33中積累電荷之后，通過(guò)從柵極線驅(qū)動(dòng)器38 經(jīng)由柵極線37提供的信號(hào)基于逐行方式將像素34的TFT 32相繼地打開(kāi)。從而，積累在連接至所打開(kāi)的TFT 32的電容器33中的電荷流入數(shù)據(jù)線36中，并且作為模擬電信號(hào)輸入至信號(hào)處理部39中。從而，將積累在每個(gè)像素34的電容器33中的電荷基于逐行方式相繼讀出。信號(hào)處理部39包含一個(gè)放大器和用于每個(gè)數(shù)據(jù)線36的一個(gè)樣品保持電路。沿每個(gè)數(shù)據(jù)線36傳輸?shù)碾娦盘?hào)由放大器放大，并且由樣品保持電路保持。每個(gè)樣品保持電路的輸出連接至串聯(lián)的多路復(fù)用器和A/D變換器。由單獨(dú)的樣品保持電路保持的電信號(hào)輸入至串聯(lián)的多路復(fù)用器中，并且由A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化為數(shù)字圖像數(shù)據(jù)。信號(hào)處理部39連接至圖像存儲(chǔ)器47。將從信號(hào)處理部39的A/D轉(zhuǎn)換器輸出的圖像數(shù)據(jù)相繼地存儲(chǔ)在圖像存儲(chǔ)器47中。圖像存儲(chǔ)器47具有兩幀以上圖像數(shù)據(jù)的容量。無(wú)論何時(shí)捕獲射線攝影圖像，將所獲得的圖像數(shù)據(jù)相繼地寫(xiě)入至圖像存儲(chǔ)器47。相襯圖像生成器16從圖像存儲(chǔ)器47讀出圖像數(shù)據(jù)，并且產(chǎn)生相襯圖像。接下來(lái)，將描述第二柵格14的制備方法。在第一步中，如圖6中所示，帶有在Y方向上延伸并且以預(yù)定間隔排列在X方向上的多線圖案的周期性電極41在非線性單晶基板 40的第一表面40a上由Ta (鉭)形成。非線性單晶基板40由MgO-LN即摻雜有5摩爾％ MgO的LiNbO3制成。該非線性單晶基板40在其Z表面上經(jīng)過(guò)極化處理以及光學(xué)拋光處理以便有效地獲得非線性光學(xué)常數(shù)。因此，非線性單晶基板40的第一表面40a成為+Z表面， 而相反的第二表面40b成為-Z表面。除了如上所述的LiNbO3以外，非線性單晶基板40可以由兩種以上類型的元素組成的單晶制成，如，LiTaO3' KTiOPO4, β -BaB2O4' LiB2O3' BiGeO, BiSiO, BiTiO, CdffO, PbffO, GaAs, SiC、CdTe, CdSe, ZnO, TiBaO, TiPbO 等。為形成周期性電極41，例如，將Ta膜形成在非線性單晶基板40的整個(gè)第一表面 40a上。之后，將具有與周期性電極41的線形圖案相同的線形圖案的抗蝕劑掩模通過(guò)傳統(tǒng)的光刻技術(shù)形成在Ta膜上，并且將Ta膜經(jīng)由抗蝕劑掩模蝕刻。周期性電極41在它們的末端彼此連接并且短路。例如，非線性單晶基板40具有O. 4mm的厚度Tc，并且周期性電極41 具有O. I μ m的厚度Tcl和5 μ m的間距Pc0在下一步中，如圖7中所示，將非線性單晶基板40放在真空室43中以使得第一表面40a面朝下并且加熱器44支撐周期性電極41。將電暈放電線45指向第二表面40b地設(shè)置在非線性單晶基板40上。電暈放電線45連接至高壓源46。將真空室43通過(guò)未顯示的真空泵減壓至例如IX 10_4Pa。將非線性單晶基板40通過(guò)加熱器44加熱至例如100°C。之后，由高壓源46經(jīng)由電暈放電線45施加-6kV的電壓至非線性單晶基板40兩秒。通過(guò)以上步驟，如圖8中所示，非線性單晶基板40的面向周期性電極41的部分的自發(fā)極化方向反轉(zhuǎn)。從而，反轉(zhuǎn)部分40c以5μπι的間距Pc形成。反轉(zhuǎn)部分40c的極化方向與未反轉(zhuǎn)部分40d的極化方向相反。換言之,在未反轉(zhuǎn)部分40d中第一表面40a確定為 +Z表面，而反轉(zhuǎn)部分40c中第一表面40a確定為-Z表面。因?yàn)檠胤蔷€性單晶的晶軸進(jìn)行極化反轉(zhuǎn)，可以形成帶有高縱橫比的非常高垂直性的周期性結(jié)構(gòu)。注意到，參看日本專利公開(kāi)號(hào) 2002-334977 和應(yīng)用物理通訊(Applied Physics Letters)第 69 卷，第 18 期，第 2629 頁(yè)，A. Harada等著，1996用于使用電暈充電的極化反轉(zhuǎn)的詳細(xì)步驟。如圖9中所示，在將周期性電極41移除之后，將非線性單晶基板40的第一表面 40a結(jié)合至支持基板21。之后，將非線性單晶基板40減薄至100 μ m的量級(jí)，例如，通過(guò)用于CMP等的拋光設(shè)備。從而，僅有非線性單晶基板40的第二表面40b暴露在外側(cè)。在第二表面40b中，排列有反轉(zhuǎn)部分40c的+Z表面和未反轉(zhuǎn)部分40d的-Z表面。例如，在非線性單晶基板40與支持基板21之間的結(jié)合中使用Au-Au鍵，其方式是將金沉積在非線性單晶基板40和支持基板21兩者之上并且將它們放在一起。在這種情況下，用于結(jié)合的金變成晶種層22。支持基板21由帶有低X射線吸收率的材料制成。支持基板21優(yōu)選由例如玻璃、石英、氧化鋁、GaAs, Ge等制成，并且更優(yōu)選由硅制成。在下一步中，對(duì)非線性單晶基板40進(jìn)行濕蝕刻。非線性單晶基板40的+Z表面為耐蝕刻表面，換言之，在+Z表面中的蝕刻速度比-Z表面中的蝕刻速度低得多。因此，僅將非線性單晶基板40的未反轉(zhuǎn)部分40d移除，而留下了反轉(zhuǎn)部分40c。作為結(jié)果，如圖10中所示，在反轉(zhuǎn)部分40c之間形成帶有高縱橫比的多個(gè)溝40e。非線性單晶基板40的濕蝕刻使用例如氫氟酸與硝酸的I:2的比例的混合溶液。如圖11中所示，在下一步中，將形成在非線性單晶基板40的反轉(zhuǎn)部分40c之間的溝40e通過(guò)電鍍用X射線吸收材料48如金填充。在電鍍中，將電流端子連接至晶種層22。 將非線性單晶基板40與支持基板21的結(jié)合體浸入電鍍液中，并且在與它們相反的位置設(shè)置另一個(gè)電極(正電極)。當(dāng)電流在晶種層22與正電極之間流過(guò)時(shí)，電鍍液中含有的金屬離子沉積在圖案化的基板上，以便用X射線吸收材料48填充溝40e。因此，完成了如圖2A 和2B中所示的具有由金制成的X射線吸收部分24和由反轉(zhuǎn)部分40c制成的X射線透過(guò)部分25的第二柵格14。正如第二柵格14那樣，源柵格12和第一柵格13由柵格層和支持基板組成。源柵格12和第一柵格13的柵格層包含在Y方向上延伸并且在X方向上交替排列的X射線吸收部分和X射線透過(guò)部分。如同第二柵格14的柵格層20—樣，X射線透過(guò)部分由反轉(zhuǎn)部分組成。如剛才所述，除了 X射線吸收部分與X射線透過(guò)部分在Y方向上的寬度和間距，在 Z方向上的厚度等以外，源柵格12和第一柵格13具有與第二柵格14的結(jié)構(gòu)基本上相同的結(jié)構(gòu)，所以將省略對(duì)于它們的結(jié)構(gòu)的詳細(xì)描述。同樣，因?yàn)樵礀鸥?2和第一柵格13以與第二柵格14基本上相同的方式制備，將省略關(guān)于它們的制備方法的詳細(xì)描述。接下來(lái)，將描述X射線成像系統(tǒng)10的操作。因?yàn)橥ㄟ^(guò)源柵格12的X射線吸收部分將從X射線源11發(fā)射出的X射線一部分地遮擋，X方向上的有效焦點(diǎn)尺寸減小，并且在 X方向上形成許多線光源(分散光源)。當(dāng)來(lái)自由源柵格12形成的每個(gè)線光源的X射線經(jīng)過(guò)樣品H時(shí)，X射線的相位改變。隨后，當(dāng)X射線經(jīng)過(guò)第一柵格13時(shí)，形成包含樣品H的透射相位信息的條紋圖像(第一周期性圖案圖像)，所述透射相位信息由樣品H的折射率和透射光程長(zhǎng)度確定。將每個(gè)線光源的條紋圖像投射至第二柵格14，并且將其在第二柵格14 的位置上組合(疊加)。從而，可以改進(jìn)相襯圖像的品質(zhì)而不需要降低X射線的強(qiáng)度。第二柵格14調(diào)制條紋圖像的強(qiáng)度。通過(guò)例如條紋掃描法檢測(cè)在強(qiáng)度調(diào)制之后的條紋圖像(第二周期性圖案圖像)。在條紋掃描法中，掃描機(jī)構(gòu)18間歇地使第二柵格14相對(duì)于第一柵格13以作為柵格間距的等分?jǐn)?shù)(例如，五分之一)的掃描間距沿柵格表面關(guān)于 X射線焦點(diǎn)移動(dòng)。在間歇移動(dòng)之間無(wú)論何時(shí)停止第二柵格14，X射線源11施加X(jué)射線至樣品H，并且X射線圖像檢測(cè)器15檢測(cè)第二周期性圖案圖像。相襯圖像生成器16由X射線圖像檢測(cè)器15的每個(gè)像素的像素?cái)?shù)據(jù)的相位位移量(樣品H存在和樣品H不存在的情況之間相位上的位移)計(jì)算微分相位圖像(相當(dāng)于由樣品H折射的X射線的角分布)。在那之后，相襯圖像生成器16將微分相位圖像沿條紋掃描方向積分以獲得樣品H的相襯圖像。如上所述，根據(jù)該實(shí)施方案的源柵格12、第一柵格13和第二柵格14，X射線透過(guò)部分由兩種以上類型元素組成的非線性單晶制成。因此，與X射線透過(guò)部分由單一元素如硅組成的單晶制成的情況比較，在X射線吸收部分中所使用的金更少地?cái)U(kuò)散至X射線透過(guò)部分中。這是因?yàn)橛蓡我辉亟M成的單晶由于低鍵合強(qiáng)度而易于反應(yīng)，并且傾向于允許擴(kuò)散，而由兩種以上元素組成的非線性單晶在不同類型的元素之間鍵合強(qiáng)度高于單一類型的元素之間的鍵合強(qiáng)度。因此，使用由兩種以上類型的元素組成的非線性單晶有助于防止金的擴(kuò)散。同樣，通過(guò)非線性單晶的極化反轉(zhuǎn)和濕蝕刻形成將要成為X射線吸收部分24的溝 40e。因此，與使用LIGA方法或硅的干法蝕刻比較，可以在高產(chǎn)量和低成本下形成帶有高縱橫比的溝。第二實(shí)施方案在第二實(shí)施方案中，將摻雜有熒光體的非線性單晶基板集成在X射線圖像檢測(cè)器中，并且用作第二柵格和閃爍器。如圖12中所示，在將X射線吸收材料48充填至非線性單晶基板40的溝40e中之前或之后，可以將反轉(zhuǎn)部分40c用熒光體摻雜。在另一種情況下， 可以制備摻雜有熒光體的非線性單晶基板，并且之后可以將X射線吸收材料48充填至溝 40e中。在那之后，將晶種層22移除以取出非線性單晶基板40。如圖13中所示，該非線性單晶基板40在施加X(jué)射線時(shí)發(fā)射光。之后，如圖14中所示，非線性單晶基板40被包含在 X射線圖像檢測(cè)器60中，所以非線性單晶基板40起第二柵格和閃爍器的作用。在使用由兩種以上類型的元素組成的晶體，如 Gd0S:Pr、Ce、LuSi0:Ce、YSi0:Ce、YA10:Ce、LuA10:Pr、 BiGeO.BiSiO或BiTiO的情況下，不帶有熒光體的摻雜，在施加X(jué)射線時(shí)反轉(zhuǎn)部分可以發(fā)射光。具有非線性單晶基板40的X射線圖像檢測(cè)器60的使用消除了對(duì)于設(shè)置第二柵格 14的需要，并且允許了如圖15中所示的不帶有第二柵格14的X射線成像系統(tǒng)65的組成， 這帶來(lái)尺寸和成本上的減小。因?yàn)閱尉Ь哂懈咛畛涿芏?，發(fā)光效率高并且散射光小。這有助于X射線圖像檢測(cè)器60的圖像品質(zhì)上的提高。應(yīng)注意，優(yōu)選將在X射線吸收部分和X射線透過(guò)部分的周期性方向上移動(dòng)非線性單晶基板40的掃描機(jī)構(gòu)61組裝至X射線圖像檢測(cè)器60中，以便使得能夠使用條紋掃描法獲得相襯圖像。第三實(shí)施方案在以上實(shí)施方案中，筆直地沿著非線性單晶基板40的厚度方向進(jìn)行了極化反轉(zhuǎn)。 然而，如圖16中所示，可以將帶有與第一表面40a的周期性電極41的周期性不同的周期性的第二周期性電極70形成在非線性單晶基板40的第二表面40b中。在那之后，從高壓源 46將電壓施加至第二周期性電極70，如此在周期性電極41與第二周期性電極70之間出現(xiàn)極化反轉(zhuǎn)。根據(jù)該實(shí)施方案，如在圖17的柵格75中所示，X射線吸收部分24和X射線透過(guò)部分25在柵格表面中可以是傾斜的，以使得由柵格75后面發(fā)射的并穿過(guò)X射線透過(guò)部分25的X射線會(huì)聚至作為X射線源11的X射線產(chǎn)生點(diǎn)的X射線焦點(diǎn)11a。因此，可以減少由X射線源11發(fā)出的X射線錐面光束的漸暈。以條紋圖案一維柵格為例描述了以上實(shí)施方案，所述條紋圖案一維柵格具有在第一方向上延伸并且在第二方向上交替排列的X射線吸收部分和X射線透過(guò)部分。然而，本發(fā)明適用于具有在兩個(gè)方向排列的X射線吸收部分和X射線透過(guò)部分的二維柵格。此外， 在該實(shí)施方案中樣品設(shè)置在源柵格與第一柵格之間。然而，即使將樣品設(shè)置在第一與第二柵格之間，可以以類似的方式產(chǎn)生相襯圖像。該X射線成像系統(tǒng)設(shè)置有源柵格，但是本發(fā)明可應(yīng)用于不使用源柵格的X射線成像系統(tǒng)。只要不出現(xiàn)矛盾，可以將以上實(shí)施方案彼此組
入
口 ο在以上實(shí)施方案中，第一和第二柵格線性地投射穿過(guò)它們的X射線透過(guò)部分的X 射線。然而，本發(fā)明不限于該結(jié)構(gòu)，并且第一和第二柵格通過(guò)X射線的衍射可產(chǎn)生所謂的塔爾博特效應(yīng)(參考國(guó)際公開(kāi)號(hào)W02004/058070)。在這種情況下，將第一和第二柵格之間的距離設(shè)定為塔爾博特距離。第一柵格可以是具有相對(duì)低縱橫比的相位柵格，而不是吸收柵格。在以上實(shí)施方案中，相襯圖像由多個(gè)條紋圖像產(chǎn)生，所述多個(gè)條紋圖像經(jīng)通過(guò)第二柵格的強(qiáng)度調(diào)制，并且通過(guò)條紋掃描法檢測(cè)。然而，存在通過(guò)單次圖像捕獲操作產(chǎn)生相襯圖像的已知X射線成像系統(tǒng)。例如，根據(jù)國(guó)際公開(kāi)號(hào)WO 2010/050483中公開(kāi)的X射線成像系統(tǒng)，X射線圖像檢測(cè)器檢測(cè)由第一和第二柵格產(chǎn)生的莫爾條紋，對(duì)所檢測(cè)到的莫爾條紋的強(qiáng)度分布進(jìn)行傅里葉變換以獲得空間頻譜。從該空間頻譜分離對(duì)應(yīng)于載波頻率的譜，并且對(duì)該譜進(jìn)行傅里葉逆變換以獲得微分相位圖像?？梢詫⒈景l(fā)明的柵格用作這種類型的X射線成像系統(tǒng)的第一和第二柵格中的至少一個(gè)。另一種用于通過(guò)單次圖像捕獲操作產(chǎn)生相襯圖像的X射線成像系統(tǒng)配備有直接轉(zhuǎn)換型X射線圖像檢測(cè)器作為強(qiáng)度調(diào)制裝置，而不是第二柵格。直接轉(zhuǎn)換型的X射線圖像檢測(cè)器由用于將X射線轉(zhuǎn)換為電荷的轉(zhuǎn)換層和用于收集由轉(zhuǎn)換層所轉(zhuǎn)換的電荷的電荷收集電極組成。在這種X射線成像系統(tǒng)中，例如，每一個(gè)像素的電荷收集電極由彼此異相排列的多個(gè)線性電極群組成。每個(gè)線性電極群包含電連接的線性電極，所述線性電極以與由第一柵格形成的條紋圖像的周期性圖案近似相同的周期排列。通過(guò)分別控制線性電極群以收集電荷，通過(guò)單次圖像捕獲操作獲得多個(gè)條紋圖像，并且從多個(gè)條紋圖像產(chǎn)生相襯圖像(參考美國(guó)專利號(hào)7，746，981，對(duì)應(yīng)于日本專利公開(kāi)號(hào)2009-133823)。可以將本發(fā)明的柵格用作該類型的X射線成像系統(tǒng)的第一柵格。在再另一個(gè)用于通過(guò)單次圖像捕獲操作產(chǎn)生相襯圖像的X射線成像系統(tǒng)中，設(shè)置第一和第二柵格以使得X射線吸收部分和X射線透過(guò)部分的延伸方向在第一和第二柵格之間以預(yù)定的角度相對(duì)地傾斜。將由于傾斜出現(xiàn)在延伸方向上的莫爾條紋周期性區(qū)域分開(kāi)， 并且捕獲每個(gè)所分開(kāi)的區(qū)域的圖像以在第一與第二柵格之間不同的相對(duì)位置獲得多個(gè)條紋圖像。相襯圖像從多個(gè)條紋圖像產(chǎn)生。本發(fā)明的柵格可以用作這種類型的X射線成像系統(tǒng)的第一和第二柵格中的至少一個(gè)。光讀取型X射線圖像檢測(cè)器的使用消除了對(duì)于在X射線成像系統(tǒng)中設(shè)置第二柵格的需要。在該系統(tǒng)中，用作強(qiáng)度調(diào)制裝置的光讀取型X射線圖像檢測(cè)器包含按以下順序?qū)訅旱牡谝浑姌O層、光導(dǎo)電層、電荷積累層、第二電極層。第一電極層透射由第一柵格形成的周期性圖案圖像。當(dāng)施加通過(guò)第一電極層透射的周期性圖案圖像時(shí)光導(dǎo)電層產(chǎn)生電荷。電荷積累層積累由光導(dǎo)電層產(chǎn)生的電荷。在第二電極層中，排列很多用于透射掃描光的線性電極。通過(guò)用掃描光掃描，將對(duì)應(yīng)于每個(gè)線性電極的每個(gè)像素的圖像信號(hào)讀出。因?yàn)殡姾煞e累層采取具有比線性電極的排列間距窄的間距的柵格形式，電荷積累層起第二柵格的作用。本發(fā)明的柵格可以用作該類型的X射線成像系統(tǒng)的第一柵格。以上描述的實(shí)施方案不僅可用于醫(yī)療診斷用射線成像系統(tǒng)，而且也可用于其他類型的用于工業(yè)用途、無(wú)損探傷等的射線成像系統(tǒng)。本發(fā)明也可用于射線攝影中用于移除散射光的柵格。此外，在本發(fā)明中，可以使用Y射線作為射線代替X射線。雖然已經(jīng)參照附圖通過(guò)優(yōu)選實(shí)施方案的方式充分地描述了本發(fā)明，但是對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員，多種變化和更改將是顯而易見(jiàn)的。因此，除非這些變化和更改脫離了本發(fā)明的范圍，否則應(yīng)將它們理解為包括在其中。
權(quán)利要求
1.一種用于射線攝影的柵格，所述柵格包括由非線性單晶制成的多個(gè)射線透過(guò)部分；和與所述射線透過(guò)部分交替排列的多個(gè)射線吸收部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的柵格，其中所述射線透過(guò)部分摻雜有熒光體并且在施加射線時(shí)發(fā)射光。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的柵格，其中所述射線透過(guò)部分和所述射線吸收部分是傾斜的，使得從所述柵格后面入射的射線會(huì)聚到所述射線的焦點(diǎn)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的柵格，其中所述射線吸收部分和所述射線透過(guò)部分在第一方向上延伸，并且在與所述第一方向正交的第二方向上交替排列。
5.一種射線圖像檢測(cè)器，所述射線圖像檢測(cè)器包括柵格，所述柵格包括多個(gè)射線透過(guò)部分和多個(gè)射線吸收部分，所述射線透過(guò)部分由摻雜有熒光體的非線性單晶制成以在施加射線時(shí)發(fā)射光；和光檢測(cè)器，所述光檢測(cè)器用于檢測(cè)從所述柵格發(fā)射的所述光。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的射線圖像檢測(cè)器，所述射線圖像檢測(cè)器還包括掃描裝置，所述掃描裝置用于使所述柵格在所述射線吸收部分和所述射線透過(guò)部分的排列方向上以預(yù)定間距移動(dòng)。
7.一種射線成像系統(tǒng)，所述射線成像系統(tǒng)包括射線源，所述射線源用于發(fā)射射線；第一柵格，所述第一柵格用于使來(lái)自所述射線源的所述射線通過(guò)以形成第一周期性圖案圖像，所述第一柵格包括交替排列的第一射線透過(guò)部分和第一射線吸收部分，所述第一射線透過(guò)部分由非線性單晶制成；強(qiáng)度調(diào)制裝置，所述強(qiáng)度調(diào)制裝置用于在與所述第一周期性圖案圖像異相的至少一個(gè)相對(duì)位置，對(duì)所述第一周期性圖案圖像施加強(qiáng)度調(diào)制以形成第二周期性圖案圖像；射線圖像檢測(cè)器，所述射線圖像檢測(cè)器用于檢測(cè)所述第二周期性圖案圖像；以及計(jì)算裝置，所述計(jì)算裝置用于基于由所述射線圖像檢測(cè)器檢測(cè)的所述第二周期性圖案圖像將所述射線的相位信息成像。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的射線成像系統(tǒng)，其中所述強(qiáng)度調(diào)制裝置包括第二柵格，所述第二柵格具有交替排列的第二射線透過(guò)部分和第二射線吸收部分，所述第二射線透過(guò)部分由非線性單晶制成；以及掃描裝置，所述掃描裝置用于使所述第一柵格和第二柵格中的一個(gè)在柵格結(jié)構(gòu)的周期性方向上以預(yù)定間距移動(dòng)，以將所述第一柵格和第二柵格設(shè)定在所述相對(duì)位置。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的射線成像系統(tǒng)，所述射線成像系統(tǒng)還包括第三柵格，所述第三柵格被設(shè)置在所述射線源與所述第一柵格之間，用于部分地阻擋從所述射線源發(fā)射的所述射線以形成許多線光源，所述第三柵格包括交替排列的第三射線透過(guò)部分和第三射線吸收部分，所述第三射線透過(guò)部分由非線性單晶制成。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的射線成像系統(tǒng)，其中所述射線圖像檢測(cè)器包括(A)第二柵格，所述第二柵格具有第二射線透過(guò)部分和第二射線吸收部分，所述第二射線透過(guò)部分由摻雜有熒光體的非線性單晶制成并且在施加所述射線時(shí)發(fā)射光；(B)光檢測(cè)器，所述光檢測(cè)器用于檢測(cè)從所述第二柵格發(fā)射的所述光；并且所述強(qiáng)度調(diào)制裝置是掃描裝置，所述掃描裝置用于使所述第二柵格在所述第二吸收部分和所述第二透過(guò)部分的排列方向上以預(yù)定間距移動(dòng)。
11.一種用于制備用于射線攝影的柵格的方法，所述方法包括以下步驟將多個(gè)第一電極形成在經(jīng)過(guò)極化處理后的非線性單晶基板的第一表面上；將電壓從與所述第一表面相反的第二表面?zhèn)仁┘又了龇蔷€性單晶基板上，以使所述非線性單晶基板的面向所述第一電極的部分的極化方向反轉(zhuǎn)；蝕刻所述非線性單晶基板，并且通過(guò)利用所述未反轉(zhuǎn)部分與所述反轉(zhuǎn)部分之間的蝕刻速率的差別，移除其中未發(fā)生極性反轉(zhuǎn)的未反轉(zhuǎn)部分，同時(shí)保留其中已發(fā)生所述極性反轉(zhuǎn)的反轉(zhuǎn)部分；以及將射線吸收材料充填至移除所述未反轉(zhuǎn)部分之后留下的空間中。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，所述方法還包括以下步驟用熒光體摻雜所述反轉(zhuǎn)部分。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，所述方法還包括以下步驟將第二電極以與所述第一電極的周期性不同的周期性形成在所述非線性單晶基板的所述第二表面上，所述電壓被施加至所述第二電極上。
全文摘要
本發(fā)明提供用于射線攝影的柵格、射線圖像檢測(cè)器、射線成像系統(tǒng)以及用于制備柵格的方法。多線圖案中的周期性電極形成于非線性單晶基板的第一表面上。將非線性單晶基板放在真空室中，并且用加熱器加熱。之后，將高電壓施加至非線性單晶基板。從而，非線性單晶基板的自發(fā)極化方向在面向周期性電極的部分中反轉(zhuǎn)，所述部分稱作反轉(zhuǎn)部分。在將非線性單晶基板結(jié)合至支持基板之后，僅將非線性單晶基板的未反轉(zhuǎn)部分通過(guò)濕蝕刻移除，并且將帶有高縱橫比的溝留在保留下的反轉(zhuǎn)部分之間。將該溝用X射線吸收材料如金填充。填充有金的溝組成柵格的X射線吸收部分，同時(shí)反轉(zhuǎn)部分構(gòu)成X射線透過(guò)部分。
文檔編號(hào)G01N23/04GK102590913SQ20111044338
公開(kāi)日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2011年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月17日
發(fā)明者金子泰久 申請(qǐng)人:富士膠片株式會(huì)社