X-ray Imaging with Gratings 回折格子を用いた位相イメージング Images obtained with this method are: •Standard image by absorption •Dark field (visibility contrast) image by scattering •Differential phase contrast image by refraction Talbot-Lau Interferometer, a multi modal radiography method using X-ray gratings タルボ･ロー干渉計 回折格子を用いたマルチモーダルX線イメージング Talbot interferometer G2: Absorption grating G1: Phase grating タルボ干渉計 吸収格子 位相格子 X-ray source (SR or micro focus) Sample カタゾウムシ Sample 試料 Detector X-ray Coherent X-ray G0: Source grating, used when the source is a normal incoherent X-ray source. (Talbot-Lau interferometer) Talbot distance ©4 G0：通常の X 線管を用いる 場合には，もう一枚の吸収格 子 G0を導入する （タルボ・ロー干渉計） Self-image of G1 at G2 position The self-image of G1 is generated at a Talbot distance when coherent X-ray is exposed to G1. Positioning a G2 where the self-image appears, one can obser ve moiré fringes (Talbot interferometer). Fabrication process 回折格子の製造プロセス コヒーレント光を入射された位相格子 は，一定距離 （Talbot 距離） 後に自己像 を生じさせる。自己像の位置に吸収格 子を配置するとモアレ縞が観察できる （Talbot 干渉計） 。 ©4 Absorption Absorption grating: A sequence of X-ray lithography and electroforming process called the direct LIGA is applied and it realises deep and straight structures with a very smooth wall. Existing mask designs can be used. Phase grating: For low aspect ratio structures, we can provide you with a new layout with a mask-free method. Absorption grating (Au) 吸収格子 Height: 120 µm ，Period: 2.4 µm Structure examples 構造例 100 200 4 Period [µm] 2.4 4.8 3.57 Material Au Au Ni 垂直な構造，滑らかな側壁を同時に実現しています （LIGA プロ AR 83 79 1.1 位相格子：低アスペクト比の構造はマスクレスの手法により新 Type G0/G2 G0/G2 G1 セス） 。既存のマスクから作製可能です。 レイアウトでも低価格化を実現します。 謝辞 ■カタゾウムシとマイクロ SD カードの撮像は，科学技術振興機構 (JST) の採択課題「X 線透過格子を用いた位相撮像装置の活用・普及促進」において，東北大学多元物質科学 研究所 百生研究室の開発した「高感度 X 線位相撮像装置」の共用実験として行われま した。御協力いただいた以下の方々に深く感謝いたします： 百生 敦 教授，矢代 航 准教授，Margie Olbinado 博士 ■文部科学省 ｢先端研究基盤共用・プラットフォーム形成事業｣ の ｢フォトンファクト リーにおける産業利用促進｣ 課題の枠組みにおいて，回折格子性能の評価手法を研究す る実験を行い，その一環でサンプルを撮像しました。御協力いただいた以下の方々に， 深く感謝いたします：古室 昌徳 研究員，高橋 由美子 研究員，兵藤 一行 准教授 4 ©4 Height [µm] 吸収格子：X 線リソグラフィ，レジストへの電鋳により，大深度， ©2 ©4 Dark field Differential phase (Visibility contrast) Options: Substrate: Si 525 µm, 200 µm, 100 µm, Graphite 500 µm, 200 µm Area: d = 70 mm, d = 100 mm or larger Bent grating: To avoid shadowing effect one directional bending can be applied. 回折格子オプション 基板： Si 525 µm ，200 µm ，100 µm ，グラファイト 500 µm ，200 µm 格子構造の面積：直径70 mm ，直径100 mm 等 湾曲構造：吸収体による影の影響を避けるため，1次元方向に湾曲できます Referrals: •A. Tapfer et al. Med Phys. 38 (11), 5910-5 (2011) DOI: 10.1118/1.3644844. •M. P. Valdivia et al. J. Appl. Phys. 114, 163302 (2013) DOI: 10.1063/1.4827186 •D. Stutman et al. Appl. Phys. Lett. 101, 091108 (2012) DOI: 10.1063/1.4748882 •Yongshuai Ge et al. Opt Express. 22 (12) 14246-52 (2014) DOI: 10.1364/OE.22.014246 •D. S t u t m a n e t a l . P h y s M e d B i o l . 56 (17 ) 5 697- 72 0 (2 011) D O I : 10 .10 8 8/0 0 319155/56/17/015 •S. Schleede et al. PNAS 109 (44) 17880-17885 (2012) DOI:10.1073/pnas.1206684109 •E. Marco et al. Optics Letters, 39 (11) 3332-3335 (2014) DOI: 10.1364/OL.39.003332 Talbot Interferometer Imaging Experiments at Momose Lab., Tohoku University, Japan 東北大学 百生研究室におけるタルボ干渉計撮像実験 With the gratings fabricated at Karlsruhe Institute of Technology, contrast images were taken with the Talbot interferometry set-up. For each sample, 16 fringe scans (one scan: G2 period/5 steps) were performed with an exposure time of 2 min/step. The exposure time can be shortened with the Talbot-Lau interferometer where a normal X-ray tube is used and another grating (G0) is required. カールスルーエ技術研究所・IMT にて製造さ れた回折格子を用いたタルボ干渉計セットア ップにて，試料の撮像実験が行われた。各試 料につき，G2周期を5ステップに分けたフリ ンジスキャン16セットが実施された （各ステ ップの X 線照射時間は2分） 。 もう一枚の回折格子 （G0，線源格子） を導入 し，通常の X 線管を用いることで，照射時間 は更に短縮可能 （タルボ ･ ロー干渉計） 。 ©4 Sample (microSD) ©4 Absorption A microSD card with cracks was exposed to X-ray and contrast images were obtained. Cracklines not found in the absorption image (mid) can be observed in the dark field image (visibility contrast image, right) giving a clear contrast when the scattering of the material is strong. ©4 Dark field (VC) microSD カードに鉄球を落下し Experimental set-up Micro focus X-ray source Tube voltage: 40 kV Tube current: 120 µA てクラックを入れたサンプルに X 線を照射し，複数のコントラスト 画像を入手した。吸収像 （中） には G1: 4.37 µm period, Ni G2: 2.4 µm period, Au Source-G1: 1,616 mm G1-G2: 159 mm Grating distance set for: 25 keV 写っていない亀裂線が，小角散乱 の影響が強い物質で鮮明なコント ラストを得られる暗視野像 （ビジ ビリティコントラスト像，右） で は確認できている。 Talbot Interferometer Experiments at BL-14C, Photon Factory, Japan Experimental set-up E = 17.8 keV, Filter Al 2.0 mm 5 s x 5 fringes G1: 2.4 µm period, Ni G2: 2.4 µm period, Au G1-G2 distance: 115 mm フォトンファクトリー BL-14Cにおける回折格子評価実験 X-ray imager Optical fiber coupled CCD Pixel size: 12.5 µm Number of pixels: 4,008 x 2,650 Scintillator: GOS (30 µm) ©4 Sample (table grape) ©4 Top view of KEK PF BL-14C (VW beamline) ©4 Differential phase G2 G1 Dark field (VC) Sample X-ray imager グレープ粒内部の繊維によって，照射された X 線は極小角散乱されて いる。ビジビリティコントラスト像 （暗視野像） では，ビジビリティの Double-crystal mono. Si (220) 低下している領域として，繊維と周囲の部分と鮮明に識別できている。 Bent grating Full body CT Asymmetric crystal Si (220), 8.5 deg Gratig area examples ©2 D = 100 mm Ni mask 6 inch wafer Grating ©2 D = 70 mm Ti mask 4 inch wafer Detector X-ray tube ca 80 cm 20 mm x 60 mm Ti mask 4 inch wafer 5 X-ray optic components and LIGA micro structures Karlsruhe Institute of Technology (KIT) Institute of Microstructure Technology (IMT) microworks GmbH The copyright holders of the images used in this brochure: ©1 Karlsruhe Institute of Technology ANKA ©2 Karlsruhe Institute of Technology IMT ©3 microworks GmbH ©4 ASICON Tokyo Ltd. ©5 Dr Arndt Last, KIT/IMT Your Local Contact: ASICON Tokyo Ltd. 代理店：株式会社 ASICON [email protected] www.asicon-tokyo.com
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