特許 7545965 Ｘ線を検出するための高分解能ライトバルブ検出器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-08-28

(45)【発行日】2024-09-05

(54)【発明の名称】Ｘ線を検出するための高分解能ライトバルブ検出器

(51)【国際特許分類】

   G01T 1/00 20060101AFI20240829BHJP

   G21K 7/00 20060101ALI20240829BHJP

   H01J 29/38 20060101ALI20240829BHJP

   H01J 40/16 20060101ALI20240829BHJP

   H01J 37/252 20060101ALI20240829BHJP

   G01N 23/046 20180101ALI20240829BHJP

【ＦＩ】

G01T1/00 B

G21K7/00

H01J29/38

H01J40/16

H01J37/252 A

G01N23/046

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2021523909

(86)(22)【出願日】2019-11-05

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-01-17

(86)【国際出願番号】 US2019059916

(87)【国際公開番号】W WO2020097111

(87)【国際公開日】2020-05-14

【審査請求日】2022-10-07

(31)【優先権主張番号】62/755,807

(32)【優先日】2018-11-05

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】515063079

【氏名又は名称】カール・ツァイス・エックス－レイ・マイクロスコピー・インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＣＡＲＬ ＺＥＩＳＳ Ｘ－ＲＡＹ ＭＩＣＲＯＳＣＯＰＹ， ＩＮＣ．

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】シュ，シアオチャオ

(72)【発明者】

【氏名】グラフ・フォム・ハーゲン，クリストフ

【審査官】小林 幹

(56)【参考文献】

【文献】特開平０３－０９６８９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－２４８８２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０５８４７４９９（ＵＳ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１３３９６４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｔ １／００－１／１６

Ｇ０１Ｔ １／１６７－７／１２

Ｇ２１Ｋ ７／００

Ｈ０１Ｊ ２９／３８

Ｈ０１Ｊ ４０／１６－４０／１８

Ｈ０１Ｊ ３７／２５２－３７／２５６

Ｇ０１Ｎ ２３／０４６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

Ｘ線顕微鏡システムのための撮像システムのための検出システムであって、
直接変換光導電検出層と、空間光変調器とを含む光導電検出器と、
前記光導電検出器を読み出すための光学顕微鏡と、
前記光学顕微鏡を介して前記空間光変調器を読み出すためのカメラとを備え、前記光導電検出器の電荷緩和時間は、前記カメラによって取得される連続フレームの時間間隔よりも短い、検出システム。

【請求項2】

前記光導電検出器はＸ線を検出する、請求項１に記載の検出システム。

【請求項3】

前記空間光変調器は、液晶ライトバルブである、請求項１に記載の検出システム。

【請求項4】

前記光導電検出器層は、ビスマス、鉛、タリウム、水銀、テルル、アンチモン、スズまたはセレンを備える、請求項３に記載の検出システム。

【請求項5】

前記光学顕微鏡は偏光顕微鏡である、請求項１に記載の検出システム。

【請求項6】

前記光学顕微鏡は、透過において前記光導電検出器を読み出す、請求項１に記載の検出システム。

【請求項7】

前記光学顕微鏡は、反射において前記光導電検出器を読み出す、請求項１に記載の検出システム。

【請求項8】

前記光学顕微鏡は、対物レンズとそれに続くチューブレンズとを含む、請求項１に記載の検出システム。

【請求項9】

前記光導電検出器はミラー層を備える、請求項１に記載の検出システム。

【請求項10】

分析システムであって、
ビームを生成するための供給源と、
前記ビームの中に物体を保持して回転させるための物体ステージシステムと、
請求項１から９のいずれか１項に記載の検出システムとを備える、分析システム。

【請求項11】

前記供給源はＸ線源である、請求項１０に記載の分析システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願
本願は、２０１８年１１月５日に出願された米国仮出願第６２／７５５，８０７号の利益を米国特許法第１１９条（ｅ）に従って主張し、上記出願の全体を本明細書に引用により援用する。

【背景技術】

【0002】

発明の背景
Ｘ線顕微鏡検査および他の用途では、高空間分解能および高効率でのＸ線光子（＜５００ｋｅＶ）の検出が必要である。

【0003】

現行のＸ線顕微鏡の中には、薄いシンチレータ検出器と電荷結合素子（ＣＣＤ）または相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）カメラとの光学顕微鏡を介した光学結合を利用するものもある。この装置構成によって高分解能撮像が可能になる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

発明の概要
しかし、シンチレータ－光学顕微鏡－カメラ検出システムにおける光学結合は完璧ではない。光学顕微鏡における有限の物体ＮＡおよび光損失のために、集光効率が制限される。この結果、Ｘ線検出の検出量子効率（ＤＱＥ）が低下し（いわゆる量子的落ち込み）、その直接的な結果として撮像スループットが低下する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明は、高バンドギャップの直接変換検出材料を利用する、Ｘ線または高エネルギ荷電粒子ビームを検出するための検出システムに関する。Ｘ線の信号、たとえば投影は、液晶（ＬＣ）ライトバルブなどの空間光変調器に記録される。次いで、ライトバルブが光学顕微鏡の外部光源によって照射される。この構成により、現行のシンチレータ－光学顕微鏡－カメラ検出システムよりも光学系における光損失が軽減される。

【0006】

また、光学顕微鏡の撮像カメラは、高性能の高価な冷却カメラである必要は無い。この結果、提案されている検出システムを低コストにすることができる。

【0007】

本検出システムは、高バンドギャップの直接変換Ｘ線検出光導電体層と、液晶（ＬＣ）ライトバルブなどの空間光変調器とで構成されるサンドイッチ構造を有する光導電Ｘ線検出器を使用する。動作時、ＬＣライトバルブのＬＣフィルムは電界に曝される。次いで、Ｘ線光子は光導電体層内に電子－正孔対を生成し、したがって電界を局所的に修正する。この局所電界により、隣接するＬＣフィルム内に液晶の局所的な再配向が生じる。これは、たとえば偏光光学顕微鏡によって検出することができる。

【0008】

一般に、一局面によれば、本発明は、Ｘ線または荷電粒子ビーム分析システムのための検出システムを特徴とする。検出システムは、光導電検出器と、光導電検出器を読み出すための光学顕微鏡とを備える。

【0009】

現行の実施形態では、光導電検出器は、液晶電気光学光変調器および光導電検出器層を備える。この光導電検出器層は、ビスマス、鉛、タリウム、水銀、テルル、アンチモンまたはスズなどの高Ｚ元素を含むことが好ましい。

【0010】

光学顕微鏡は、透過または反射において光導電Ｘ線検出器を読み出す偏光顕微鏡であることが好ましい。

【0011】

一般に、別の局面によれば、本発明は、光導電検出器と、光導電検出器を読み出すための光学顕微鏡とを備える、撮像システムのための検出システムを特徴とする。

【0012】

このシステムは、Ｘ線顕微鏡システムであってもよいし、巨視的なＸ線撮像システムであってもよい。

【0013】

他の場合では、光導電検出器は、荷電粒子ビームの荷電粒子などの粒子を検出する。
光学顕微鏡は、透過または反射において光導電検出器を読み出すことができる。

【0014】

一般に、別の局面によれば、本発明は、ビームを生成するための供給源と、ビームの中に物体を保持して回転させるための物体ステージシステムと、光導電検出器および光導電検出器を読み出すための光学顕微鏡を含む検出システムとを備える分析システムを特徴とする。

【0015】

以下、構成のさまざまな新規の詳細および部分の組み合わせを含む本発明の上記および他の特徴、ならびに他の利点を、添付の図面を参照してより特定的に記載し、特許請求の範囲の中で指摘する。本発明を具体化する特定の方法および装置は、例示として示されており、本発明を限定するものとして示されているわけではないということが理解されるであろう。本発明の原理および特徴は、本発明の範囲から逸脱することなくさまざまなおよび多数の実施形態において利用されることができる。

【0016】

添付の図面において、さまざまな図全体を通して、参照符号は同一の部分を指す。図面は、必ずしも一定の縮尺で記載されているわけではなく、その代わりに本発明の原理を示すことに強調が置かれている。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明に係るＸ線画像増強管の一部を形成する光導電Ｘ線検出器の側面断面図である。

【図2】図１の光導電Ｘ線検出器の等価電気回路の概略図である。

【図3A】反射において動作する、偏光光学顕微鏡構成を使用するＸ線検出システムを示す図である。

【図3B】透過において動作する、偏光光学顕微鏡構成を使用するＸ線検出システムを示す図である。

【図4】さまざまな光導電体の厚みについての電荷拡散長を示す図である。

【図5】本発明を適用可能なＸ線顕微鏡の概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

好ましい実施形態の詳細な説明
ここで、本発明の例示的な実施形態が示されている添付の図面を参照して、本発明について以下でさらに十分に説明する。しかし、本発明は、多くの異なる形態で実施されてもよく、本明細書に記載されている実施形態に限定されると解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本開示が完璧かつ完全であり、当業者に本発明の範囲を十分に伝えるように提供されている。

【0019】

本明細書で用いられる「および／または」という用語は、関連の列挙された項目のうちの１つ以上の任意およびすべての組み合わせを含む。さらに、単数形および冠詞「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」は、特に明記しない限り、複数形も含むことが意図されている。さらに、「含む」、「備える」、「含んでいる」および／または「備えている」という用語は、本明細書で使用されるとき、記載されている特徴、完全体、ステップ、動作、要素および／または構成要素の存在を特定するが、１つ以上の他の特徴、完全体、ステップ、動作、要素、構成要素、および／またはそれらの群の存在または追加を除外するものではない、ということが理解されるであろう。さらに、構成要素またはサブシステムを含む要素が参照され、および／または、別の要素に接続もしくは結合されるものとして示される場合、当該要素は、他の要素に直接接続もしくは結合されてもよく、または介在する要素が存在してもよい、ということが理解されるであろう。

【0020】

別の態様で定義されていない限り、ここに使用されるすべての用語（技術用語および科学用語を含む）は、本発明が属する技術の当業者によって一般に理解されているのと同じ意味を有する。さらに、たとえば一般に使用されている辞書で定義されているような用語は、関連技術の文脈におけるそれらの意味と一致する意味を有すると解釈されるべきであり、ここに明らかにそう定義されていない限り、理想化されたまたは過度に形式的な意味で解釈されない、ということが理解されるであろう。

【0021】

図１は、光導電Ｘ線検出器１２の基本的な装置構成を示す。これは、光導電検出器６０の一方側に配置されたＬＣ電気光学光変調器６２などの電気光学空間光変調器を備える。

【0022】

光導電検出器６０は、約５～１０００μｍの範囲の厚みを有する光導電体層７４上に堆積された透明な導電性のインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）電極７２を含む。

【0023】

電気光学光変調器６２は、液晶（ＬＣ）セル８０の形態である。ＬＣセル８０は一対の配向層８２、８４を含む。配向層８２は、スピンコーティング法を用いて光導電体層７４上に堆積され得る。スペーサ８６がポリイミド配向層同士の間に作用することにより、ポリイミド配向層８２と８４との間の均一な分離を維持し、したがってＬＣキャビティ８８を規定する。

【0024】

ドープされたネマチック液晶材料９０がＬＣキャビティ８８を充填し、液晶材料中の気泡の形成を避けるために真空充填法によって導入され得る。ＩＴＯ電極９２が配向層８４の上に重なり、ガラス基板９４がＩＴＯ電極９２の上に重なる。ＩＴＯ電極９２およびガラス基板９４は、ＩＴＯ電極９２と７２との間に電位源Ｖ（ｂｉａｓ）を接続しやすくするために光導電検出器層６０からそれぞれ張り出している。

【0025】

ＬＣセル８０は、ＬＣセルが一対のガラス基板とは対照的にガラス基板と光導電体層７４とによって規定されること以外は、自立型ＬＣセルと同様に構成される。

【0026】

エポキシ９６がＩＴＯ電極９２と７２との間に作用することにより、空気によって分離されているＩＴＯ電極同士の間の領域を充填し、ＩＴＯ電極間に電位をかけた時のＬＣセル８０の破壊を阻止する。また、エポキシ９８が電気光学光変調器５８を封止することにより、光導電Ｘ線検出器１２を形成する層の分離を阻止する。

【0027】

従来、大抵の場合、アモルファスセレン（ａ－Ｓｅ）が光導電体層７４として用いられてきた。

【0028】

対照的に、好ましい実施形態では、光導電体層７４は、高バンドギャップおよび高電気抵抗率の両方を有する材料から作られる。高バンドギャップ光導電体の利点は、通常、高電圧バイアス下で生じる漏れ電流がはるかに小さいことである。これは検出器ノイズを低減させるのに重要である。また、それはＬＣライトバルブの性能を簡素化して安定化させる。それはまた、検出器システムの分析およびモデリングを簡素化する。

【0029】

本発明の一実施形態では、光導電体層７４は、単結晶ビスマスシリコンオキサイドＢｉ_１２ＳｉＯ_２０（ＢＳＯ）または（化学的に類似した）結晶ビスマスゲルマニウムオキサイドＢｉ_１２ＧｅＯ_２０（ＢＧＯ）またはビスマスチタンオキサイドＢｉ_１２ＴｉＯ_２０（ＢＴＯ）である。

【0030】

他の実施形態では、光導電体層７４の高バンドギャップ材料は、メチルアンモニウム鉛ハライド（ＭＡＰｂＸ_３、Ｘ＝Ｉ、ＢｒおよびＣｌ）、ホルムアミジニウム鉛ハライド（ＦＡＰｂＸ_３）およびセシウム鉛ハライド（ＣｓＰｂＸ３）などの、鉛系の高バンドギャップペロブスカイト材料である。

【0031】

他の実施形態では、光導電体層７４の高バンドギャップ材料は、Mercouri G. Kanatzidis, Ioannis Androulakis, Simon Johnsen, Sebastian C. PeterのMethods and compositions for the detection of X-ray and gamma-ray radiationに記載されている材料のうちの１つである。本明細書にこの引用により援用する米国特許第８，５１９，３４７号を参照されたい。

【0032】

Tao L, Daghighian HM, Levin CSのStudy of material properties important for an optical property modulation-based radiation detection method for positron emission tomography, J Med Imaging (Bellingham) 2017;4(1):011010には、ＢＳＯが放射性同位元素照射から検出可能な信号を生成できる（通常は、Ｘ線管が生成するよりもはるかに低いＸ線光子束を生成する）ことが示されている。しかし、この信号検出方法は、面積検出器としては実現可能ではないおよび／または実用的ではないと考えられる。代わりに、Ｘ線ライトバルブ構成が、高い空間分解能でＢＳＯ結晶によって生成される信号を抽出する実現可能で実用的なソリューションを提供すると考えられる。なお、ＢＳＯ結晶を用いるライトバルブ装置は、Aubourg P, Huignard J-P, Hareng M, Mullen RのLiquid crystal light valve using bulk monocrystalline Bi₁₂SiO₂₀as the photoconductive material, Applied Optics 1982;21(20):3706-3712、およびBortolozzo U, Residori S, Huignard J-PのAdaptive Holography in Liquid Crystal Light-Valves, Materials 2012;5(9):1546に提案されている。しかし、これらのライトバルブ装置は光変調器としてのみ使用されており、Ｘ線検出器としては使用されていない。

【0033】

これらの光導電体を選択するメリットはいくつかある。それらはすべて、高Ｚ材料（たとえば、ビスマスではＺ＝８３、鉛ではＺ＝８２）を含む。これにより、光電断面積（吸収力）がほぼＺ^４に比例し、光電相互作用が本願のＸ線エネルギ範囲（数ｋｅＶ～数百ｋｅＶのＸ線である）を占め、コンプトン散乱などの他の種類の相互作用よりも望ましいため、Ｘ線吸収が向上する。また、これらの高Ｚ材料は通常、ａ－Ｓｅなどの低Ｚ材料よりも密度が高い。しかし、Ｚ差と比較すると、この影響は相対的に軽微である。

【0034】

光導電体層７４の高バンドギャップ材料のいくつかの他の例は、ＺｎＴｅ、ＺｎＳｅ、ＨｇＳ、ＴｌＢｒ、ＨｇＩ_２、ならびに米国特許出願公開第２０１６／０２１６３８４号である、H. Chen, J.-S. Kim, F. JinおよびS. Trivediの"Detection of nuclear radiation via mercurous halides"におけるＨｇ_２Ｉ_２、Ｈｇ_２Ｂｒ_２およびＨｇ_２Ｃｌ_２などのハロゲン化水銀材料である。

【0035】

図２は、Ｘ線ライトバルブ検出器システムの実効回路を示す。図からわかるように、光導電検出器層６０は、コンデンサＣ_Ｐと、すべて並列接続されたいくつかの電流源および電荷源とによって表わすことができる。ＬＣセル８０は、コンデンサＣ_ｌｃと、抵抗器Ｒ_ｌｃと、すべて並列接続された電流源とによって表わすことができる。

【0036】

ＬＣ電気伝導率の適切な選択（小さすぎず、大きすぎず、光導電体の電気伝導率よりも大きい）により、Ｘ線放射のない定常状態では、ＬＣセル上の電圧降下は、その薄さおよび光導電体よりも高い電気伝導率のために、低いかまたは０に近い。

【0037】

【数1】

【0038】

正常動作では、前のフレームからの電荷が次のフレームに大きな影響を及ぼさないことを確実にするためにτ_ｆをτ_ｃよりも少なくとも数倍長くすべきである。基本的に、ＬＣセル８０は、この目的のために電荷リセット抵抗器およびコンデンサとして機能している。

【0039】

一般に、τ_ｆは、高速撮像では１ミリ秒（ｍｓｅｃ）未満であり、低速撮像では数秒よりも長くすることができる。また、τ_ｃは、ＬＣセル８０をドープしてその電気伝導率を高めることによって制御される。

【0040】

一般に、結晶質の光導電体は、ａ－Ｓｅなどの非晶質材料よりも好ましい。結晶質材料の利点は、結晶質材料の方が一般に材料特性が良好である（電気移動度が高い、電荷トラップが少ない、等）ことである。また、非晶質材料の主な利点は、安価に大面積で製造可能なことである。しかし、本明細書に記載される高分解能検出器の場合、検出器の面積は一般に小さいので、この利点はここでは本システムにとってそれほど重要ではない。

【0041】

従来、ＬＣスペーサについては、（ＬＣＤディスプレイ業界で使用されるような）マイクロロッドスペーサを使用するものもあるが、そのようなスペーサは低分解能で大面積のＬＣライトバルブ用途に適している。

【0042】

提案されているＸ線検出システムは、高分解能で小面積のＬＣライトバルブ用途を対象としている。そのため、これらのマイクロロッド／マイクロスフェアは目に見える。したがって、いくつかの実施形態では、ＬＣキャビティ８８の縁にエッジスペーサ８６を使用する。好ましくは、スペーサ８６の厚み、したがってＬＣキャビティ８８の厚みは、（高い空間分解能、および線量の大きなダイナミックレンジのために）１０μｍ以下である。最良の分解能の場合、厚みは１μｍ以下である。これらのスペーサ８６は、配向層８４および導電層９２の堆積の前または後に、図１の基板９４上に堆積されるかまたは別の方法で製造されることが好ましい。

【0043】

偏光反射光顕微鏡検査は、反射および／または光伝播プロセス時に偏光状態を変える構造を含む表面を検査するのに適した技術である。たとえば、この方法を用いて、鉱石試料中の構造粒子、ならびに多数の金属合金および薄膜を、ＬＣフィルムとともに容易に検査することができる。照明波面は、光を対物レンズ内に方向付けるビームスプリッタの前に、垂直照明器内に配置される偏光子に遭遇する。直線偏光された光波は、試験片／ミラー表面上に集束され、反射されて対物レンズ内に戻る。この光は、波面の平行な束として対物レンズ開口部を出た後、偏光子に対して９０度に向けられた第２の偏光子（検光子）の上に投影される。検光子を通過してチューブレンズに到達することができるのは、偏光解消された波面のみである。

【0044】

図３Ａおよび図３Ｂは、２つの可能な偏光光学顕微鏡ベースのＸ線検出システム１００を示す。

【0045】

より詳細には、Ｘ線検出システム１００の各々は一般に、光導電Ｘ線検出器１２および偏光光学顕微鏡１０２を備える。光導電Ｘ線検出器１２は、その変調器６２においてＸ線１０２のＸ線投影を示す。次いで、偏光光学顕微鏡１０２は、偏光について変調器６２に問い合わせることにより、その投影を読み出す。

【0046】

図３Ａでは、入射Ｘ線または荷電粒子ビーム１０２が、光導電検出器６０の光導電体層７４において受光される。結果として生じる電荷は、光導電検出器１２の変調器６２内に結像する。

【0047】

同時に、外部光源１３０が発光する。外部光源の例としては、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザダイオード、およびフィルタ付き白熱灯が挙げられる。光は偏光子１１４において偏光された後、５０／５０ビームスプリッタ１１２によって反射される。光は対物レンズ１１３によって変調器６２の上に集束される。変調器６２に記録された画像は、ＬＣセル８０による偏光回転に現れる。この光は、光導電体層７４と変調器６２との間の反射層１１０によって反射される。この反射層は誘電体薄膜ミラーであってもよい。他の場合では、光導電体層７４が外部光源１３０からの光の波長に対して反射性を有することにより、反射層１１０が不要になり得る。

【0048】

反射光の一部は、ビームスプリッタ１１２を通過して、検光子として機能する第２の偏光子１１８に至る。チューブレンズ１１６がカメラ１１０の上に結像する。

【0049】

図３Ｂでは、外部光源１３０およびビームスプリッタ１１２は光導電検出器１２の上流にある。次いで、外部光が光導電検出器１２を透過する。

【0050】

図３Ｂに示される透過バージョンは比較的単純であるが、検出器１００がＸ線または荷電粒子ビーム源に近づくのを防止する。図３Ａに示される反射モードでは、光導電検出器層６０の上に追加の誘電体ミラー１１０が配置される。この誘電体ミラー１１０は、検出光を反射して光学顕微鏡システム内に戻すことにより、ＬＣ層内の偏光変化を検出する。誘電体ミラーの特性は、装置内の電荷輸送を妨げるべきではない。このため、金属ミラーは望ましくない。

【0051】

図３Ｂにおける透過モードの代替的な装置構成では、検光子は、透明電極を支持するガラス基板の直後に配置されてもよい（または、ガラス基板と組み合わせられて、透明電極を有する薄い検光子を作ってもよい）。これにより、光が光学顕微鏡に入る前に、ＬＣ層内の偏光変化が光強度変化に直接変換される。この代替案の利点は、高価で入手困難な高ＮＡ偏光対物レンズを通常の高ＮＡ対物レンズに置き換えることができることである。

【0052】

例示的な図におけるレンズは、顕微鏡対物レンズに限定されない。
高分解能撮像および高検出効率を達成する１つの重要な局面は、検出処理におけるさまざまな要因を識別して整合させる方法である。検出処理の伝播に続いて、システム分解能に影響を及ぼす主な要因は、以下の通りである。

【0053】

－ 光導電体材料内の光電子範囲。Ｘ線光子が吸収された後、１つまたは複数の光電子が生成され、それらはイオン化処理を受け、それらのエネルギは経路に沿って堆積される。電子範囲は短いほうが望ましく、この範囲は主に、光子電子エネルギ、密度などの光導電体特性、および他の要因によって決まる。高密度および高Ｚ材料が生成する電子範囲は短くなる。

【0054】

【数2】

【0055】

－ 液晶層は、検出分解能にも影響を及ぼす。一局面は、ＬＣ層上の電界拡散であり、これは、MacDougall RD, Koprinarov I, Rowlands JAのThe x-ray light valve: A low-cost, digital radiographic imaging system-Spatial resolution, Medical Physics 2008;35(9):4216-4227に記載されている。別の局面は、液晶が弾性液体であること、および１箇所の液晶ダイレクタ場における歪みが広がることによる、ダイレクタの拡散である。これらの２つの効果の両方の長さの程度は、セルの厚みのオーダであることが示され得る。したがって、１マイクロメートル未満の薄いＬＣ層は、検出器分解能を向上させるのに役立つが、検出器は、蓄積された電荷の変化に対する感度が低くなり、非常に薄いＬＣセルを製造することは困難であり得る。

【0056】

－ 光学検出分解能は主に、顕微鏡対物レンズの性能パラメータによって決まる。パラメータの中で最も重要なのは開口数（ＮＡ）であり、これは他の顕微鏡検査の場合と同様である。しかし、対物レンズのＮＡが高くなると、焦点深度がはるかに小さくなるため、整合したＬＣ層の厚みが必要である。つまり、最高分解能の撮像では、ＬＣ層は薄くなる。

【0057】

－ カメラの画素サイズによって分解能が悪化しないようにするために、画素サイズが整合した光学カメラ（ＣＣＤまたはＣＭＯＳのいずれか）が必要である。しかし、外部光源が十分な光を提供することができるため、本願の現行のシンチレータベースのＸ線顕微鏡システムが必要とする高い量子効率は、一般に不要である。

【0058】

－ 高いＸ線停止パワー印加（厚い光導電体）の場合、制限要因は通常、電荷拡散である。光導電体が十分に薄く作られた場合の高分解能撮像用途の場合、制限要因は通常、ＬＣセルを十分に薄く作ることができ、かつＬＣセル感度が十分である場合は、光学分解能である。技術的制限またはＬＣ感度要件のためにＬＣセルが特定の厚みでなければならない場合は、ＬＣ厚みが制限要因となり得る。

【0059】

文脈について、図５は、Ｘ線検出システム１００を適用可能なＸ線ＣＴ顕微鏡システム２００の概略図である。

【0060】

それでもやはり、本発明は、荷電粒子分析システムおよび非顕微鏡システムに適用可能である。

【0061】

顕微鏡２００は一般にＸ線撮像システムを含み、Ｘ線撮像システムは、多色のまたは場合によっては単色のＸ線ビーム１０２を生成するＸ線源システム２０２と、静止ビーム１０２の中に物体２１４を保持して位置決めすることにより物体２１４をスキャンできるようにするための物体ホルダ２１２を有する物体ステージシステム２１０とを有する。Ｘ線検出システム１００は、物体２１４によって変調された後のビーム１０２を検出する。プラットフォームまたは光学テーブル２０７などのベースが、顕微鏡２００に安定した土台を提供する。

【0062】

一般に、物体ステージシステム２１０は、ビーム１０２の中に物体２１４を位置決めして回転させる能力を有する。そのため、物体ステージシステム２１０は典型的には、ｘ軸、ｙ軸、およびｚ軸に沿って物体を非常に正確に、しかし比較的小さい移動範囲にわたって平行移動させて位置決めする高精度の３軸ステージ２５０を含む。これにより、物体２１４の関心領域をビーム１０２の中に配置することができる。３ステージステージ２５０は、物体２１４をビームの中でｙ軸を中心として回転させるシータステージ２５２に装着される。そしてシータステージ２５２はベース１０７に装着される。

【0063】

供給源システム１０２は典型的にはシンクロトロンＸ線放射源であり、あるいはいくつかの実施形態では「実験室用Ｘ線源」である。本明細書において使用する「実験室用Ｘ線源」は、シンクロトロンＸ線放射源ではない任意の適切なＸ線源である。実験室用Ｘ線源２０２はＸ線管であってもよく、その内部で電子が電界によって真空中で加速されて金属のターゲット片に打ち込まれ、電子が金属内で減速するにつれてＸ線が放出される。典型的には、そのような供給源は、使用する金属ターゲットの種類に応じて、選択されたターゲットの特性線から導き出される特定のエネルギにおける急激な強度ピークと結合された、バックグラウンドＸ線の連続スペクトルを生成する。さらに、Ｘ線ビームは発散し、空間コヒーレンスおよび時間コヒーレンスがない。

【0064】

一例では、供給源２０２は、タングステンターゲットを有する回転アノード型またはマイクロフォーカス型供給源である。モリブデン、金、白金、銀または銅を含むターゲットを使用することもできる。好ましくは、電子ビームがその背面から薄いターゲットに当たる透過構成が用いられる。ターゲットの他方側から放出されたＸ線はビーム１０２として用いられる。

【0065】

供給源２０２によって生成されたＸ線ビームは、放射の不要なエネルギまたは波長を抑制するように調整されることが好ましい。たとえば、ビーム内に存在する望ましくない波長は、たとえば、フィルタホイール２６０内に保持されるエネルギフィルタ（所望のＸ線波長範囲（帯域幅）を選択するように設計されている）を用いて、除去または減衰される。調整は、コリメータもしくはコンデンサ、および／またはゾーンプレートレンズなどのＸ線レンズによって提供されることが多い。

【0066】

物体２１４がＸ線ビーム１０２に曝されると、物体を透過したＸ線光子は変調されたＸ線ビームを形成し、このＸ線ビームが検出システム１００によって受光される。いくつかの他の例では、ゾーンプレート対物レンズＸ線レンズを用いてＸ線検出システム１００の上に結像する。

【0067】

典型的には、物体２１４の拡大投影画像が検出システム１００の上に形成される。倍率は、供給源から物体までの距離３０２と供給源から検出器までの距離３０４との逆比に等しい。

【0068】

典型的には、Ｘ線源システム２０２および検出システム１００はそれぞれのｚ軸ステージに装着される。たとえば、図示の例では、Ｘ線源システム２０２は供給源ステージ２５４を介してベース２０７に装着され、検出システム１００は検出器ステージ２５６を介してベース２０７に装着される。実際には、供給源ステージ２５４および検出器ステージ２５６はより低精度で高移動範囲のステージであり、このステージにより、Ｘ線源システム２０２および検出システム１００を、物体スキャン中に所定位置に（多くの場合、物体の非常に近くに）移動させ、その後、後退させることにより、物体ステージシステム２１０から物体を取り出すことができ、物体ステージシステム２１０の上に新たな物体を装填することができ、および／または物体ステージシステム２１０の上に物体を再位置決めすることができる。

【0069】

システム２００の動作および物体２１４のスキャンは、画像プロセッササブシステム、コントローラサブシステムをしばしば含むコンピュータシステム２２４によって制御される。コンピュータシステムを用いて、検出システム１００のカメラ１１０が検出した光学画像を読み出す。コンピュータシステム２２４は、その画像プロセッサの可能な支援により、スキャンを構築するための物体２１４の各回転角に関連付けられた検出システム１００からの画像のセットを受け付ける。画像プロセッサは、ＣＴ再構成アルゴリズムを用いて投影画像同士を結合することにより、物体の３Ｄ断層撮影ボリューム情報を作成する。再構成アルゴリズムは分析的であってもよく、この場合、投影データの畳み込みまたは周波数領域フィルタリングが再構成グリッド上で逆投影と結合される。あるいは、それは反復的であってもよく、この場合、数値線形代数または最適化理論からの技法を用いて投影処理の離散化バージョンを解き、これは撮像システムの物理的特性のモデリングを含んでもよい。

【0070】

本発明は、特にその好ましい実施形態を参照して示され、説明されてきたが、添付の特許請求の範囲によって包含される本発明の範囲から逸脱することなく形態および詳細のさまざまな変更を行ってもよいということが当業者によって理解されるであろう。

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5】