特表 2023-524785 Ｘ線画像化システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2023-06-13

(54)【発明の名称】Ｘ線画像化システム

(51)【国際特許分類】

   H01J 35/30 20060101AFI20230606BHJP

   H01J 35/08 20060101ALI20230606BHJP

   G01N 23/04 20180101ALI20230606BHJP

   H05G 1/52 20060101ALI20230606BHJP

   A61B 6/00 20060101ALI20230606BHJP

【ＦＩ】

H01J35/30

H01J35/08 F

H01J35/08 B

H01J35/08 Z

G01N23/04

H05G1/52 B

A61B6/00 300C

A61B6/00 300S

A61B6/00 333

【審査請求】未請求

【予備審査請求】有

(21)【出願番号】P 2022567352

(86)(22)【出願日】2021-04-29

(85)【翻訳文提出日】2022-12-08

(86)【国際出願番号】 EP2021061229

(87)【国際公開番号】W WO2021224097

(87)【国際公開日】2021-11-11

(31)【優先権主張番号】20173258.3

(32)【優先日】2020-05-06

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】317016811

【氏名又は名称】エクシルム・エービー

(74)【代理人】

【識別番号】110003708

【氏名又は名称】弁理士法人鈴榮特許綜合事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100108855

【弁理士】

【氏名又は名称】蔵田 昌俊

(74)【代理人】

【識別番号】100179062

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 正

(74)【代理人】

【識別番号】100199565

【弁理士】

【氏名又は名称】飯野 茂

(74)【代理人】

【識別番号】100212705

【弁理士】

【氏名又は名称】矢頭 尚之

(74)【代理人】

【識別番号】100219542

【弁理士】

【氏名又は名称】大宅 郁治

(74)【代理人】

【識別番号】100153051

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 直樹

(74)【代理人】

【識別番号】100162570

【弁理士】

【氏名又は名称】金子 早苗

(72)【発明者】

【氏名】ハンソン、ビョルン

(72)【発明者】

【氏名】ホールステッド、ユリウス

(72)【発明者】

【氏名】トゥオヒマー、トミ

(72)【発明者】

【氏名】ルンドストレーム、ウルフ

(72)【発明者】

【氏名】ニルソン、ダニエル

【テーマコード（参考）】

2G001

4C092

4C093

【Ｆターム（参考）】

2G001AA01

2G001BA11

2G001CA01

2G001DA09

2G001HA13

4C092AA01

4C092AC03

4C092AC08

4C092CE07

4C093AA01

4C093AA07

4C093CA39

4C093DA02

4C093EA07

4C093EB12

4C093EB13

4C093EB17

(57)【要約】

Ｘ線画像化システムが開示され、ターゲットと、ターゲットと相互作用してＸ線放射を発生する電子ビームを提供するように構成された電子ビーム源と、電子ビームをターゲット上の少なくとも第１及び第２の位置に交互に向けるように構成された電子光学系と、ターゲット上の第１及び第２の位置で発生されたＸ線放射を受けるように構成されたＸ線検出器アレイと、発生されたＸ線放射に曝露される試料を受けるための試料位置領域と、試料位置領域は、第１の位置で発生されたＸ線放射は第２の位置で発生されたＸ線放射と重なる領域に位置付けられ、Ｘ線検出器アレイに結合された処理ユニットとを備え、処理ユニットは、第１の位置及び第２の位置から生じるＸ線放射に基づいて、試料位置領域に位置付けられた試料の画像を作成するように構成される。電子ビームは、第１及び第２の位置の連続的な曝露間の時間が１０μｓ未満であるように位置間で移動され、それによって熱誘発機械的応力を低減する。対応する方法も開示される。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

Ｘ線画像化システムであって、
ターゲットと、
前記ターゲットと相互作用してＸ線放射を発生する電子ビームを提供するように構成された電子ビーム源と、
前記電子ビームを前記ターゲット上の少なくとも第１及び第２の位置に交互に向けるように構成された電子光学系と、
前記ターゲット上の前記第１及び第２の位置で発生されたＸ線放射を受けるように構成されたＸ線検出器アレイと、
発生されたＸ線放射に曝露される試料を受けるための試料位置領域と、ここで、前記試料位置領域は、前記第１の位置で発生されたＸ線放射が前記第２の位置で発生されたＸ線放射と重なる領域に位置付けられ、
前記Ｘ線検出器アレイに結合された処理ユニットとを備え、前記処理ユニットは、前記第１の位置及び前記第２の位置から生じる前記Ｘ線放射に基づいて、前記試料位置領域に位置付けられた試料の画像を作成するように構成され、
前記Ｘ線検出器アレイ及び前記電子ビーム源は、任意の一瞬においてＸ線検出器によって受け取られた前記Ｘ線放射が前記ターゲット上の前記第１の位置から生じたのか又は前記第２の位置から生じたのかを決定することができるように構成され、
前記第１の位置及び前記第２の位置における連続的な曝露間の時間は、１０μｓ未満である、Ｘ線画像化システム。

【請求項2】

前記第１の位置及び前記第２の位置の連続的な曝露間の時間は、５μｓ未満、例えば１μｓ未満である、請求項１に記載のＸ線画像化システム。

【請求項3】

前記電子光学系は、任意の１つの位置の連続曝露の期間が時間制限よりも短い持続時間を有するように、前記ターゲット上の前記少なくとも第１の位置及び第２の位置に前記電子ビームを交互に向けるように構成される、請求項１又は２に記載のＸ線画像化システム。

【請求項4】

前記ターゲットは固体反射ターゲットであり、前記時間制限は、

【数1】

によって与えられる、特徴的な時間スケールτ、の１０倍、好ましくは５倍であり、
ここで、Ｓは、

【数2】

によって与えられ、
ここで、ρは前記ターゲットの密度、Ｃは前記ターゲットの単位質量当たりの熱容量、κは前記ターゲットの熱伝導率、δは前記ターゲットにおける前記電子ビームのスポット径、ｈは前記ターゲットへの電子の侵入深さである、請求項３に記載のＸ線画像化システム。

【請求項5】

前記ターゲットは透過ターゲットであり、前記時間制限は、

【数3】

によって与えられる、特徴的な時間スケールτ、の１０倍、好ましくは５倍であり、
ここで、ρは前記ターゲットの密度、Ｃは前記ターゲットの単位質量当たりの熱容量、κは前記ターゲットの熱伝導率、δは前記ターゲットにおける前記電子ビームのスポットサイズである、請求項３に記載のＸ線画像化システム。

【請求項6】

前記ターゲットは、少なくとも１つの液体ジェットを含み、前記時間制限は、

【数4】

によって与えられる、特徴的な時間スケールτ、の１０倍、好ましくは５倍であり、
ここで、δは、前記少なくとも１つの液体ジェットの移動方向に沿った前記ターゲットにおける前記電子ビームのスポットサイズであり、ｖ_ｊｅｔは、前記少なくとも１つの液体ジェットの移動速度である、請求項３に記載のＸ線画像化システム。

【請求項7】

前記電子ビーム源は、前記第１の位置及び前記第２の位置の外側の前記ターゲットの領域からＸ線放射が発生されないように、前記ターゲット上の前記第１の位置と前記第２の位置との間の切り替えの間に前記電子ビームをブランクするように構成される、請求項１から６のいずれか一項に記載のＸ線画像化システム。

【請求項8】

前記ターゲットは、前記電子ビームがそれぞれの位置に向けられたときに、異なるエネルギースペクトルを有するＸ線放射を発生する前記第１の位置及び前記第２の位置において異なる材料を含む、請求項１から７のいずれか一項に記載のＸ線画像化システム。

【請求項9】

Ｘ線画像化のための方法であって、
ターゲット上に電子ビームを向けることによってＸ線放射を発生することと、ここで、前記電子ビームは、前記ターゲット上の少なくとも第１の位置及び第２の位置に交互に向けられ、それによって前記第１の位置及び前記第２の位置でＸ線放射を交互に発生し、
前記発生されたＸ線放射を試料位置領域に向けることと、ここで、前記試料位置領域は、前記第１の位置で発生されたＸ線放射が前記第２の位置で発生されたＸ線放射と重なる領域に位置付けられ、
Ｘ線検出器アレイを使用して、前記試料位置領域を通過したＸ線放射を検出することと、
任意の一瞬において前記Ｘ線検出器アレイによって受け取られた前記Ｘ線放射が前記第１の位置から生じたのか又は前記第２の位置から生じたのかを決定するように、前記電子ビームの方向を、前記試料位置領域を通過したＸ線放射の検出と相関させて、前記第１の位置及び前記第２の位置から生じた前記Ｘ線放射に基づいて画像を作成することと、を含み、
前記少なくとも第１及び第２の位置の連続的な曝露の間に経過した時間は、１０μｓ未満である、方法。

【請求項10】

前記少なくとも第１及び第２の位置の連続的な曝露間の時間が、５μｓ未満、例えば１μｓ未満である、請求項９に記載の方法。

【請求項11】

任意の１つの位置の連続曝露の期間が、時間制限よりも短い持続時間を有するように、前記ターゲット上の前記少なくとも第１の位置及び第２の位置に前記電子ビームは交互に向けられる、請求項９又は１０に記載の方法。

【請求項12】

前記ターゲットは固体反射ターゲットであり、前記時間制限は、

【数5】

によって与えられる特徴的な時間スケールτ、の１０倍、好ましくは５倍であり、
ここで、Ｓは、

【数6】

によって与えられ、
ここで、ρは前記ターゲットの密度、Ｃは前記ターゲットの単位質量当たりの熱容量、κは前記ターゲットの熱伝導率、δは前記ターゲットにおける前記電子ビームのスポット径、ｈは前記ターゲットへの電子の侵入深さである、請求項１１に記載の方法。

【請求項13】

前記ターゲットは透過ターゲットであり、前記時間制限は、

【数7】

によって与えられる、特徴的な時間スケールτ、の１０倍、好ましくは５倍であり、
ここで、ρは前記ターゲットの密度、Ｃは前記ターゲットの単位質量当たりの熱容量、κは前記ターゲットの熱伝導率、δは前記ターゲットにおける前記電子ビームのスポットサイズである、請求項１１に記載の方法。

【請求項14】

前記ターゲットは、少なくとも１つの液体ジェットを含み、前記時間制限は、

【数8】

によって与えられる、特徴的な時間スケールτ、の１０倍、好ましくは５倍であり、
ここで、δは、前記少なくとも１つの液体ジェットの移動方向に沿った前記ターゲットにおける前記電子ビームのスポットサイズであり、ｖ_ｊｅｔは、前記少なくとも１つの液体ジェットの移動速度である、請求項１１に記載の方法。

【請求項15】

前記第１の位置及び前記第２の位置の外側の前記ターゲットの領域からＸ線放射が発生されないように、前記ターゲット上の前記第１の位置と前記第２の位置との間の切り替えの間に前記電子ビームをブランクすることをさらに含む、請求項９から１４のいずれか一項に記載の方法。

【請求項16】

前記電子ビームは予め定められたパターンに従って前記ターゲット上に向けられ、前記画像は前記予め定められたパターンに基づいて作成される、請求項９から１５のいずれか一項に記載の方法。

【請求項17】

前記ターゲットは、前記電子ビームがそれぞれの位置に向けられたときに、異なるスペクトルを有するＸ線放射を発生させる前記第１及び第２の位置において異なる材料を含む、請求項９から１６のいずれか一項に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電子ビームがターゲットと相互作用してＸ線放射を発生させるＸ線画像化システムに関する。

【背景技術】

【0002】

電子ビームとターゲットとの間の相互作用によってＸ線放射が発生する複数のスポットを利用する従来技術のＸ線システムが、米国特許第５,８３５,５６１号に開示されている。このシステムでは、各スポットは複数のコリメータ要素のうちの１つに関係付けられている。コリメータ要素は、Ｘ線管の放射面の前に配置され、各コリメータ要素は、検出器アレイの中心に向けられたその開口軸を有し、検出器アレイがちょうどカバーされるような発散を提供する。したがって、各コリメータ開口から１つずつの複数のペンシルビームを発生することができ、各ペンシルビームは、画像化される物体の異なる部分を通過する。電子ビームがターゲットを横切って走査されるとき、いかなる瞬間でも、物体を通過して検出器アレイに至る単一のＸ線ペンシルビームのみが存在する。（Ｘ線放射が発生されるスポットの数に対応する）コリメータ開口の数は、典型的には、再構成画像内の画素の数に対応する。この従来技術のシステムの目的は、さらに以前のシステムよりも低い放射線曝露で心臓病患者のリアルタイムＸ線画像化を提供することである。このようなシステムは、Ｘ線曝露を低く保つことが望まれる状況、例えば生体を画像化するときに有用であり得るが、高いＸ線パワーが求められる状況ではあまり有利ではない。

【0003】

「Scanning-beam digital X-ray(SBDX)system for cardiac angiography」(Proc. SPIE 3659,Medical Imaging 1999;Physics of Medical Imaging,28 May 1999)において、著者Solomonらは、心臓血管造影のための高度な走査ビームデジタルＸ線システムを開示している。電子ビームは、集束線源コリメータの背後に位置付けられた透過ターゲットを横切って走査される。コリメータは、その軸が検出器アレイの中心と位置合わせされた開口の格子であり、コリメータ開口を通るＸ線ビームの発散は、検出器のサイズに一致する。

【0004】

「Motionless electromagnetic phase stepping versus mechanical phase stepping in x-ray phase-contrast imaging with a compact source」(Phys. Med. Biol. 60(2015),p.3031-3043)において、著者Harmonらは、Ｘ線位相コントラスト画像化を開示し、磁場の方向に応じて、格子線に対して垂直又は平行な方向にスポットを移動させるために、Ｘ線焦点スポットが磁場によってシフトされることができることに言及している。

【発明の概要】

【0005】

本発明は、電子ビームがターゲット上の異なる位置に交互に向けられ、発生されたＸ線放射を検出するための検出器アレイが、特定の時間フレームの間に検出される光子がターゲット上のそれぞれの特定の位置に帰することができるように、時間分解光子計数を実行するように構成される場合に、改善されたＸ線画像化システムを得ることができるという認識に基づく。それによって、本発明の実施形態は、ターゲットの局所的な熱負荷を増加させることなく、又はスポットサイズを増加させることなく、より高い光子フラックスを提供することができる。

【0006】

電子ビームが、熱平衡が確立されないように十分に短い持続時間にわたって各それぞれの位置に向けられることを確実にすることによって、ターゲット上の任意の特定の位置に連続的に堆積されることができるものよりも高いパワーが印加されてもよい。言い換えると、ターゲット上の任意の１つの位置の連続曝露の期間は、時間制限よりも短い持続時間を有するべきである。

【0007】

電子ビームが最後にターゲット上の特定の位置に向けられてからその位置が著しく冷却されないようにするために、十分に短い時間内に電子ビームがその位置に戻る、又は少なくともほぼ戻ることをさらに確実にすることによって、ターゲットの過剰な熱サイクルが回避され、熱誘発機械的応力に関連する問題が回避される。どの期間内に電子ビームが同じ位置に戻るべきか（すなわち、十分に短い時間と考えられるもの）を決定するために、各状況の特徴的な時間スケールを決定することができる。言い換えれば、電子ビームがターゲット上の第１の位置及び第２の位置のそれぞれにそれぞれ向けられる連続する期間の間に経過する時間は、時間制限よりも短くなるべきである。

【0008】

あるいは、異なる位置の間で同じ電子ビームを交互に移動させるのではなく、交互にオン及びオフに切り替えられる２つの別個の電子ビームを使用することができる。

【0009】

ターゲットは、固体ターゲット又は液体ターゲットとすることができる。ターゲットは、透過ターゲット又は反射ターゲットとして実装することができる。ターゲットが液体ターゲットとして実装される実施形態では、ターゲットは好ましくは１つ以上の液体ジェットである。単一の液体ジェットがターゲットとして使用される場合、電子ビームが交互に移動される異なる位置は、その液体ジェット上にある。単一の液体ジェットは、電子ビームが液体ジェットの移動方向に対して実質的に垂直な方向に沿って異なる位置間で移動される透過モードで使用されるフラットジェットとして実装することができる。２つ以上の液体ジェットがターゲットとして使用される場合、電子ビームが交互に移動される異なる位置は、異なる液体ジェット上とすることができる。固体反射ターゲットは、回転ターゲット、すなわち回転アノードとして実装されてもよく、そのような場合、電子ビームは、ターゲットの回転方向に対して実質的に垂直な方向に沿って異なる位置間で移動されてもよい。

【0010】

Ｘ線放射が時間分解方式で検出されるとき、検出器によって捕捉された各画像は、ターゲット上の異なる場所のそれぞれ１つに関係付けられることができる。次いで、単一のＸ線スポットから得られる解像度及び鮮明度を維持しながら、異なる位置に関係する画像を結合して、異なる位置からのＸ線放射が重なるエリアの単一の画像にすることができる。したがって、物体の同じ部分の少なくとも第１及び第２の画像がキャプチャされ、第１の画像は、ターゲット上の第１の位置からのＸ線放射を使用してキャプチャされ、第２の画像は、ターゲット上の第２の位置からのＸ線放射を使用してキャプチャされる。画像は、その後、後処理において物体の部分の単一の画像に結合される。

【0011】

固体ターゲットを使用する本発明の実施形態では、電子ビームは、ターゲット内の熱定常状態をエミュレートするように、十分に高い速度（短い期間又は連続する曝露間の時間）でターゲット上の異なる位置の間で交互にされることが好ましい。これにより、熱サイクルに起因する機械的応力が低減され、ひいてはターゲットの耐用寿命を延ばすことにつながるかもしれない。言い換えれば、電子ビームは、デューティサイクル中の温度変化を無視できるような高速で、異なる位置間で交互にされる。したがって、本発明の実施形態は、電子ビームの、したがって発生されるＸ線放射の出力の増加を可能にし、同時に、ターゲット材料の温度サイクルによる熱応力に関係する潜在的な問題が軽減される。

【0012】

電子ビームが２つの別個の位置の間で交互にする実施形態では、デューティサイクルは、好都合には、両方の位置に対して５０％に設定することができ、すなわち、電子ビームは、（２つの位置の間で電子ビームを移動させるのに必要な時間を無視して）時間の半分だけそれぞれの位置に留まる。滞留時間を短くすることによって、熱サイクルの量を制限することができる。しかし、電子ビームが２つより多い位置の間で交互になる実施形態では、２つの連続する曝露間の時間は、所定の滞留時間に対してより長くなる。原理的には、位置の数は任意に大きくすることができ、その場合、各位置はほとんど曝露されない。しかしながら、実際には、利用可能な位置の数は制限される。制限は、検出器容量（例えば、各画素がいくつのタイムスタンプされた値を保存することができるか）、電源制限、又はターゲットサイズに関連してもよい。位置の数を制限する理由に関係なく、温度サイクルに起因してターゲットに誘起される熱応力を制限することが有利である。多くて１０μｓ、例えば５μｓ未満、又は好ましくは１μｓ未満がそれぞれの位置における連続する曝露間に経過することが好ましい。曝露間の時間を長くすることは、過剰な熱サイクルによってターゲットを損傷するリスクを生じさせるか、又はこのリスクを軽減するために印加パワーの制限を強いることになる。

【0013】

異なる位置の間で電子ビームを移動させるための技術は、例えば静電偏向の使用として、当該技術分野において一般に知られている。電子ビームは、既存の技術を使用して非常に高速で異なる位置の間で移動させることができる。したがって、電子ビームをターゲット上の異なる位置の間でどれだけ速く交互にされることができるかについての上限は、電子ビームを移動させるための利用可能な技術によって決定されるのではなく、むしろ検出器の時間分解能によって決定される。というのは、各それぞれの位置から発生された光子は、後処理再構成の間に、キャプチャされた画像を合成画像に組み合わせることを可能にするために、一緒に結合されるべきであるからである。

【0014】

以下の詳細な説明では、ターゲットにおける熱の発生及び放散を記述する特徴的な時間スケールの式が導出される。好ましくは、電子ビームは、そのような特徴的な時間スケールの１０倍未満、より好ましくはそのような特徴的な時間スケールの５倍未満の期間でターゲット上の位置間を移動する。

【0015】

代替実施形態では、ターゲットは、異なる位置に異なる材料を含むことができ、したがって、１回の実行中に異なるＸ線スペクトルを用いて試料を画像化する機会を提供する。パワーは、高パワーで同時に獲得されたわずかに異なる角度のみからの異なるスペクトルで撮影された少なくとも２つの画像である。時間分解検出は、各検出イベントをそれぞれのＸ線スペクトルに関係付けるために使用することができ、したがって、検出器におけるエネルギー区別は必要とされない。これを達成するために複数の別個のＸ線源及び検出器を有することと比較して、これは有利であるかもしれない。この実施形態の典型的な用途は、骨ミネラル密度測定である。

【図面の簡単な説明】

【0016】

添付図面を参照して、本発明をより詳細に説明する。

【図1】図１は、本発明の１つの実施形態にしたがう典型的なセットアップを図示する。

【図2】図２は、実施形態にしたがうＸ線画像化システムを概略的に示す。

【図3】図３は、本発明にしたがう方法を概略的に図示する。

【発明を実施するための形態】

【0017】

投影放射線撮影では、物体を通過し、物体によって様々な程度に吸収されたＸ線放射を捕捉することによって画像が作成される。図１は、本発明の原理を図示するセットアップを概略的に示す。電子ビーム（図１には図示せず）がターゲット１１０に入射してＸ線放射を発生させ、試料位置領域に位置付けられた試料１２０を通過した後、Ｘ線放射はＸ線検出器アレイ１３０を使用して検出される。電子ビームがターゲットと相互作用してＸ線放射を生成する領域は、Ｘ線スポットと呼ぶことができ、このスポットのサイズは、Ｘ線源のスポットサイズと呼ぶことができる。Ｘ線検出器アレイによって捕捉された画像は、係数Ｍによって幾何学的に拡大される

【数1】

ここで、SDDは線源－検出器間距離であり、SODは線源－物体間距離である。捕捉された画像において最大の鮮明度を達成するために、Ｘ線源のスポットサイズは、可能な限り小さくあるべきである。任意の有限サイズのＸ線源は、次式によって与えられる画像の不鮮明さをもたらす。

【数2】

ここで、ｄは線源サイズ、例えばＸ線スポットの直径である。

【0018】

十分なコントラストで短い曝露時間を達成するために、全Ｘ線フラックスは十分に高くなければならない。Ｘ線フラックスは、ターゲットに衝突する電子ビームのパワーを増加させることによって増加させることができる。しかしながら、電子ビームスポットのサイズを維持しながら電子ビームパワーを増加させることは、ターゲットに送達されるパワー密度を増加させる。パワー密度が高くなりすぎる場合、ターゲットに永久的な損傷を引き起こす可能性がある。したがって、より多くの電子ビームパワーをターゲットに印加し、それによって総Ｘ線フラックスを増加させるために、従来技術では、線源サイズを増加させることが必要とされてきた。一方、これは、上述したように、画像の鮮鋭度の低下につながる。

【0019】

したがって、（ターゲットに送達されるピークパワーを制限するために）電子ビームパワーを増加させ、Ｘ線源スポットサイズをより大きくすることによって総光子フラックスを増加させようとするいかなる試みも、必然的に、画像鮮明度の低下をもたらす。

【0020】

これらの一見矛盾する要件を解決するために、本発明の実施形態は、ターゲット１１０上の少なくとも第１の位置１１０ａ及び第２の位置１１０ｂに交互に向けられる可動電子ビームを使用する。熱的な観点から、印加されたパワーがターゲットのより大きなエリアにわたって分配されるので、これは、より大きな電子スポットを使用することに対応する。しかしながら、各位置におけるスポットサイズを増大させる必要がないので、画像の鮮明さは必ずしも悪影響を受けない。

【0021】

単一のスポット（図１に示す１１０ａ又は１１０ｂのスポット）から利用可能な高解像度を維持するために、検出された光子は、それらが生じた特定の位置に関係付けられるべきであり、すなわち、検出器１３０及び電子ビームは、任意の一瞬においてＸ線検出器１３０によって受け取られたＸ線放射が第１の位置１１０ａから生じたのか又は第２の位置１１０ｂから生じたのかを決定することができるように構成されるべきである。別個の場所１１０ａ、１１０ｂからの放射線が重なる領域に位置付けられている物体１２０に対して、高鮮明度の合成画像が、次いで、後処理において再構築することができる。

【0022】

任意のターゲットは、ターゲットを損傷することなく特定のエリアにどれだけのパワーを連続的に印加することができるかについて、ある程度の制限を有する。しかしながら、より高いパワーは、そのようなより高いパワーが印加される期間がターゲットの加熱及び冷却のための時間スケール上で短いという条件で、断続的に印加されることができる。ターゲット上の特定の位置に印加される平均パワーは、（一定であると仮定することができる）電子ビームパワーにデューティサイクル、すなわちターゲット上の各位置が電子ビームによって衝突される時間の割合を乗じたものである。損傷を引き起こすことなくターゲットに送達されることができる総パワーはまた、各特定の場所に印加されることができるパワーを制限してもよい。この限界は、例えばターゲットのより良好な冷却を提供することによって増大させることができる。

【0023】

一例として、直径Ｄの円形スポットにわたって分布するＰ_０の連続的な熱負荷を扱うことができるターゲットを考える。電子ビームが５０％のデューティサイクルで２つの異なる位置の間で交互に偏向される（すなわち、時間の５０％の間に電子スポットがそれぞれの位置に向けられる）と仮定し、２つの位置の間で電子ビームを移動させるために必要な時間を無視すると、電子ビームパワーは２倍に増加されることができる。このようにして、それぞれの場所に印加される平均パワーは、依然としてＰ_０であるが、ターゲットに送達される総パワーは、Ｐ_０を、２Ｐ_０に等しいデューティサイクルで割ったものである。これは、２つより多い位置に一般化されてもよい。電子ビームがｎ個の位置の間で交互にする場合、デューティサイクルは１／ｎであり、ターゲットに送出することができる最大総パワーはｎＰ_０になる（この場合も、位置間で電子ビームを移動させるのに必要な時間を無視することができると仮定する）。ターゲットを損傷することなく最大総パワーを達成することを可能にするために、位置については、１つの位置に印加されるパワーが隣接する位置の加熱に寄与しないように、十分に離間される必要がある。さらに、スポットサイズＤに対する最大許容パワーがＰ_０であると仮定すると、短時間の間に印加されるより高いパワーｎＰ_０はサイズＤ_ｅｆｆの有効面積にわたって分布されると考えることができる。平均パワー密度が同じであるべきであると規定することによって、Ｄ_ｅｆｆは、

【数3】

としてスケーリングしなければならないことが分かる。したがって、隣接する位置間の距離は、

【数4】

よりも大きくなるように選択することができる。電子ビームが閉じた経路に沿って連続的にターゲット上を移動する場合、デューティサイクルは、電子ビームスポット直径Ｄを経路の長さ（Ｌ）で割ったものとして近似することができる。したがって、そのような場合にターゲットに送達される総パワーは、Ｐ_０Ｌ／Ｄとなるであろう。

【0024】

特定の位置でターゲットによって連続的に吸収されることができるものよりも高い電子ビームパワーを印加することを可能にするために、より高いパワーが印加される時間は、何らかの時間制限よりも短くあるべきである。この時間制限は、以下に説明するように、ターゲットのタイプ及び特性に依存する。

【0025】

使用されるターゲット材料及び本発明の様々な実施形態に含まれるパワーレベルに応じて、本発明のスキームは、ターゲット材料の繰り返される冷却及び加熱に起因するターゲット寿命に関する問題をもたらす可能性がある。そのような熱サイクルは、いくつかの状況では、熱誘発機械的応力を生じさせるかもしれず、これは、順に、ターゲットに恒久的損傷をもたらすかもしれない。これを回避するために、電子ビームは、ターゲット内の熱定常状態をエミュレートするように、十分に高いレート（短い期間又は連続する曝露間の時間）でターゲット上の異なる位置間で交互にすることができる。ターゲット加熱のための特徴的な時間スケールは、ターゲットの熱伝導率及び体積熱容量ならびに電子ビームスポットサイズによって与えられる。ターゲット加熱の時間スケールは、以下の特性に依存すると仮定することができる。
Ｃ 単位質量当たりのターゲット熱容量［Ｊ／（ｋｇ・Ｋ）］
ρ ターゲット密度［ｋｇ／ｍ^３］
κ ターゲット熱伝導率［Ｗ／ｍ・Ｋ］
δ 電子ビームスポットサイズ［ｍ］
ｈ ターゲットの電子侵入深さ［ｍ］
ｔ 透過ターゲットの厚さ［ｍ］

【0026】

関連する時間スケールは、電子ビームによってターゲット内に堆積されたエネルギーの量と、ターゲットによって伝導された熱パワーとを推定することによって推測することができる。電子ビームのパワーはターゲット内で到達する温度レベルに影響を与えるが、特徴的な時間スケールはターゲットの特性及び電子ビームのジオメトリにのみ依存することに留意されたい。厚さｔの透過ターゲット（電子ビームが一方の側に衝突し、Ｘ線放射が反対側から収集される、すなわち「透過」する種類のターゲット）について、熱が蓄積される体積は、電子ビームスポットサイズによって規定される（必ずしも円形ではない）断面積と、ターゲット厚さによって規定される高さとを有する円筒によって近似することができる。非円形スポットについて、電子ビームスポットサイズδは、スポットサイズの幾何平均とみなすことができる。温度上昇１度当たりにターゲットに蓄積されるエネルギーの量は、数値因子を無視すると、次のように書くことができる。
Ｃρδ^２ｔ （１）

【0027】

電子ビームによって衝突される体積内の温度上昇は、円筒の包絡面のエリアＡを通るこの体積から熱流を引き起こす（透過ターゲットについて、電子ビームの方向の熱伝導は無視することができる）。熱は、円筒から逃げるために、ある平均距離ｌを移動する必要があり、この距離は、電子ビームスポットサイズによって決定される近似値である。
温度上昇１度当たりに電子ビームによって衝突される体積から伝導されるパワーは、数値因子を無視すると、次のように書くことができる。

【数5】

【0028】

式（１）による１度の温度上昇当たりの蓄積エネルギーを、式（２）による１度の温度上昇当たりの散逸パワーで割ることによって、特徴的な時間スケールτは次のように書くことができる。

【数6】

【0029】

実際には、透過ターゲットは、その熱的及び機械的特性のために選択された基板（例えば、ダイヤモンド）上に設けられたＸ線発生材料（例えば、タングステン）の薄膜からなることが多い。この場合、電子ビームによって衝突される円筒の端面を通しても熱伝達がある。熱輸送に対するこの寄与は、ターゲット材料から基板材料への熱伝達と、基板材料の熱伝導率とに依存する。基板は熱伝導率を改善するように構成されているので、温度上昇１度当たりより多くのパワーが拡散され、したがって、特徴的な時間スケールは、基板なしで提供される同様のターゲットに対してよりも短くなる。したがって、上記で提供された推定値は、透過ターゲットの特徴的な時間スケールの上限と見なすことができる。

【0030】

有限の電子侵入深さｈを有する反射ターゲット（電子ビームがターゲットの一方の側に衝突し、Ｘ線放射がターゲットの同じ側から収集される、すなわち「反射」する種類のターゲット）について、電子ビームからのエネルギーが蓄積される体積は、電子ビームスポットサイズによって決定される底面積と、侵入深さによって与えられる高さとを有する円筒によって近似することができる。上記の式（１）と同様に、温度上昇１度当たりのエネルギーは、したがって、任意の数値因子を無視して、以下のように書くことができる。
Ｃρδ^２ｈ （４）

【0031】

この円筒から引き出されるパワーは、円筒の包絡面及びその端面によって規定されるエリアＡを通過する。熱が移動しなければならない平均距離ｌは、電子ビームスポットサイズと電子侵入深さの両方によって決定される。２つの長さは平行な経路として見ることができるので、平均距離の逆数は２つの長さの逆数の和である。したがって、温度上昇１度当たりの散逸パワーは、任意の数値因子を無視して、以下のように書くことができる。

【数7】

【0032】

透過ターゲットの場合に関して、特徴的な時間スケールは、式（４）による１度の温度上昇当たりの蓄積エネルギーを、式（５）による１度の温度上昇当たりの散逸パワーで割ることによって得ることができる。

【数8】

ここで、Ｓは、次式によって与えられる逆寸法の幾何学的因子である。

【数9】

δ＞＞ｈであると仮定することができる大きな電子スポットについて、Ｓはｈ／δ^２で減少し、時間スケールは主に侵入深さによって決定される。

【数10】

ｈ＞＞δであると仮定することができる密に集束された電子スポットについて、Ｓは１／ｈで減少し、時間スケールは、電子スポットサイズによって主に決定される。

【数11】

この後者の場合、加熱された円筒の端面を通る熱伝導は無視することができ、状況は透過ターゲットの場合と同じになり、したがって、この限界における特徴的な時間スケールは、透過ターゲットの場合と同じであり、上記の式（３）を参照されたい。

【0033】

数値例として、ターゲットがＣ＝１３０Ｊ／（ｋｇ Ｋ）、ρ＝１９３００ｋｇ／ｍ^３、κ＝１７３Ｗ／（ｍ Ｋ）を有するタングステンから作られていると仮定し、電子スポットサイズ及び侵入深さが両方とも５μｍであると仮定すると、上記の式（６）は約９０ｎｓの特徴的な時間スケールを与える。２０μｍのより大きな電子ビームスポット及び５μｍの同じ電子侵入深さに対して、特徴的な時間スケールは約２３０ｎｓになる。

【0034】

液体ジェットターゲットの場合、状況は少し異なる。電子ビームスポットにおけるターゲットの冷却に対する支配的な寄与は、ターゲット材料の流れである。このプロセスの特徴的な時間スケールは、次のように書くことができる。

【数12】

ここで、δは液体ジェットの進行方向に沿った液体ジェットターゲットでにおける電子ビームのスポットサイズであり、ｖ_ｊｅｔは液体ジェットの進行速度である。

【0035】

現実的なパラメータを有する回転アノードは、この文脈では、静止した反射固体ターゲットとみなすことができる。液体ジェットに典型的に使用されるのと同じオーダー（数百ｍ／ｓのオーダー）のターゲット速度を達成するためには、非現実的に大きい及び／又は高速回転するアノードが必要となる。そのような用途では、典型的には、回転方向に垂直な焦点の長い方の寸法を有する線焦点が使用される。本発明の概念の範囲内で、回転方向に垂直な方向に沿って移動される円形スポットが代わりに使用されてもよい。これはさらに、回転アノードで通常使用されるよりも有利な取り出し角を可能にしてもよい。

【0036】

ターゲットが長時間の曝露の下で耐えることができるパワーよりも高いパワーをターゲット上の位置に断続的に印加することを可能にするために、ターゲット上の任意の１つの位置の連続曝露の期間（電子ビームがその位置から移動される前）は、好ましくは、上記で導出された特徴的な時間スケールの１０倍未満であり、より好ましくは、特徴的な時間スケールの５倍未満である。

【0037】

熱サイクルによる損傷からターゲットを保護するために、ターゲット上の異なる位置の間で電子ビームを切り替えるための期間が、好ましくは、上記で導出された特徴的な時間スケールの１０倍未満、より好ましくは、特徴的な時間スケールの５倍未満であることも好ましい。言い換えると、電子ビームがターゲット上の位置のそれぞれに向けられる連続する期間の間に経過する時間（言い換えると、連続する曝露の間に経過する時間）は、それぞれ、特徴的な時間スケールの１０倍より短いことが好ましく、５倍未満であることがより好ましい。

【0038】

上述したように、それぞれの電子ビームスポット位置に印加することができる電子パワーには限界がある。ｎ個の位置を含む実施形態において最大許容連続パワーがＰ_０である場合、デューティサイクルが１／ｎであるとき、印加パワーはｎＰ_０に設定されてもよい。上記の計算から、電子ビームスポットは、ターゲットの熱容量及び熱伝導率によって制限される特徴的な時間スケールτに等しい時間にわたって各それぞれの位置に留まるべきであると仮定することができ、これは、電子ビームがｎτ秒後に各それぞれの位置に戻るべきであることを意味する。各曝露において、エネルギーの量τｎＰ_０は、対応する温度上昇を伴って、各それぞれの場所に印加されるであろう。代わりに、滞留時間がτより短くされた場合、より少ない量のエネルギーが各曝露に印加され、したがって温度上昇はより低くなる。デューティサイクル及び印加パワーが位置の数によってのみ支配されると仮定すると、総フラックス（１秒当たりのＸ線光子）は滞留時間に依存しない。滞留時間を減少させることは、各位置での連続する曝露間の時間も減少することを意味する。好ましくは、同じ位置での連続する曝露間の時間は、１０μｓ未満、例えば５μｓ未満、例えば１μｓ未満である。

【0039】

一実施形態では、特徴的な時間スケールは、上記で計算されたように９０ｎｓである。電子ビームが２つの位置の間で交互にされ、滞留時間が特徴的な時間スケールに等しく設定されると仮定すると、位置間で電子ビームを移動させるのに必要な時間を無視する場合、連続する曝露間の時間は１８０ｎｓとなる。代わりに滞留時間が特徴的な時間スケールの１０倍に設定される場合、連続する曝露間の時間は１.８μｓとなる。

【0040】

スポットサイズが幾分大きい実施形態では、特徴的な時間スケールは２３０ｎｓである。このスポットが１０個の異なる位置の間で交互にされる場合、連続する曝露間の時間は２.３μｓである。このスポットが１００の異なる位置の間で交互にされ、滞留時間が１００ｎｓに設定される場合、連続する曝露間の時間は１０μｓである。

【0041】

本発明によるＸ線画像化システム２００が図２に概略的に示されている。それは、それぞれの電子ビームスポット位置（図１の１１０ａ及び１１０ｂを参照）からのＸ線放射から作成された、例えば物体又は試料２２０の画像を記録するための検出器２３０を備える。システム２００は、Ｘ線ターゲット２１０と、電子ビームＩを発生する電子源２０１とを備える。電子源２０１は、概して、電圧源７００によって出力される陰極２０２を備え、電子源２０３、例えば熱電子、熱電界、又は冷電界荷電粒子源を含む。電子源２０１からの電子ビームＩは、加速開口部２０４に向かって加速されてもよく、そのポイントでビームＩは、整列板２０５の配置、レンズ２０６、及び偏向板２０７の配置を備えてもよい電子光学系で領域に入射する。整列板２０５、偏向板２０７、及びレンズ２０６の可変的特性が、制御器５００によって供給される信号によって制御可能であってもよい。図示するように、偏向及び整列手段２０７、２０５は、少なくとも２つの横方向に電子ビームＩを加速するように動作可能である。

【0042】

上述したように、さまざまなコンポーネント及びパーツは、図面に示されるような、ハウジング６００の外に位置付けられてもよい電圧源７００及び制御器５００を除いて、ハウジング６００内部に位置付けられてもよい。

【0043】

電子光学系の下流で、電子ビームＩはＸ線ターゲット２１０に衝突してＸ線放射を発生させることができる。電子ビームＩとターゲット２１０との間の相互作用によって発生されたＸ線放射は、ハウジング６００から、例えばＸ線窓２０８を介して、概ね試料２２０及び検出器アレイ２３０に向かう方向に導出されてもよい。

【0044】

システムはまた、任意選択で、ターゲット２１０から下流の電子を測定／検出するためのセンサ装置２４０を備えることができる。センサは、例えば、電流計２４２を介して接地に接続された導電板であってもよく、それはターゲット２１０の下流に電子ビームＩによって流された総電流のおおよその測定値を供給する。制御器５００は電流計２４２からの実信号へのアクセスを有することが理解される。

【0045】

検出器２３０のサイズは、試料位置領域の利用可能なサイズを決定することができる。本発明は、ターゲット２１０の異なる位置から生じるＸ線放射を用いて試料を画像化することに依存するので、Ｘ線放射と検出器の視野とが重なる体積が、使用可能な試料位置領域を規定する。検出器による画質の制限を回避するために、画素サイズは、Ｘ線源（すなわち、スポット）の有限サイズによって必然的に導入される不鮮明さと比較して小さくあるべきである。しかしながら、必要とされる画素解像度は、検査されることが意図される物体の特徴的な長さスケール及びＸ線画像化システムの倍率から決定されてもよい。入射するＸ線放射をその原点に従って分類するために、検出器は、各検出イベントのタイムスタンプを記録するか、又はある時間窓若しくは時間窓のセット内で発生する検出イベントを一緒に結合することができなければならない。検出器の時間分解能は、好ましくは、電子ビームがそれぞれのスポット部位の各々に位置する時間と比較して短くあるべきである。有利であり得る検出器テクノロジーの例は、CERNによってホストされるMedipixコラボレーション内で開発されたTimepix３チップである。一般に、各画素に関係する処理能力を提供する検出器は、本発明において有利に使用されることができる。

【0046】

検出器が各検出イベントのタイムスタンプを作成する場合、検出イベントは、電子ビーム位置が対応する時間に既知である場合に電子ビーム位置に関係付けることができる。電子ビーム運動は、例えば、予め規定され、後処理システムに知られていてもよい。次いで、第１の検出イベントを電子ビーム運動パターンの開始時間と見なすことができ、検出イベントをそのパターン上にマッピングすることができる。別の実施形態は、シーケンスの開始をマークするＸ線源又は検出器によって提供されるトリガ信号を利用することができる。さらに別の実施形態では、Ｘ線源は、検出器からの記録と共に後処理ソフトウェアに送られる電子ビーム位置のプロトコルを時間の関数として発生させる。次に、後処理ソフトウェアは、Ｘ線源及び検出器によってそれぞれ記録された時間に基づいて、検出イベントを電子ビーム位置に分類することができる。これは、Ｘ線源及び検出器が共通のスケールで時間を測定することを必要とする。

【0047】

Ｘ線スポットの２つの位置に対して得られた２つの画像からの高解像度高コントラスト画像の作成は、画像の一方を他方に対して以下の量だけ平行移動させることによって行うことができる

【数13】

ここで、ｂはターゲット上の電子ビームスポット位置間の距離である。Δについての式は、基本ジオメトリから得ることができる。平行移動の後、２つの画像を結合することができる。当業者であれば、２つの画像を結合することは、いくつかの方法で実行されてもよく、信号対雑音比を改善するためのフィルタリングも含んでもよいことを理解する。１つの例は、各個々の画素を合計し、その結果を２で割ることである。このようにして、画像には等しい重みが与えられ、画素値は元の画像のダイナミックレンジ内に保たれる。

【0048】

電子ビームがターゲット上を連続的に移動し、必ずしも特定の位置で停止しない実施形態も、本発明の概念に含まれる。そのような実施形態の一例は、例えば三角波駆動信号を偏向板に印加することによって、予め定められた周波数で前後に連続的に移動される電子ビームを含む。移動するスポットから放出された光子を収集することは、上述したような有限サイズのＸ線スポットによって引き起こされる不鮮明さと同様に、モーションブラーが導入されるかもしれないことを意味する。したがって、電子ビームの移動速度は、検出器からの読み出しの間の時間中に導入されるモーションブラーを無視できると考えられるように設定されるべきである。電子ビームが一定周波数で異なる位置間を移動する実施形態では、同じ周波数で収集された画像は、同じ位置から放出されたＸ線放射によって発生される。したがって、後処理においてこれらの画像の位置を所定の動きに応じてシフトすることにより、高解像度かつ高コントラストの画像を得ることができる。正確なタイミングが分からない場合、すなわち、後処理システムが特定の時間に電子ビーム位置にアクセスできない場合、画像コントラストをさらに改善することができなくなるまで、異なる仮定を試みることができる。これは、周波数及び振幅が既知であるときに電子ビーム運動の位相を見出すこととみなすことができる。

【0049】

一例として、昆虫又はつぼみなどのミリメートルサイズの物体を画像化するためのセットアップを考える。偏向板に印加される三角波駆動信号は、ターゲット上の１ｍｍ離れた２つの位置の間で電子ビームを前後に移動させるように構成することができる。結像光学系は、５５μｍ画素を有する上述のTimepix２チップ上の伝播ベースの位相コントラスト画像化のための適切な解像度を与えるために、約３の倍率を適切に提供することができる。適切な線源から検出器までの距離は、この場合、約２ｍである。三角形の駆動信号によって駆動される静電偏向は、スポットがTimepix３検出器の１.５ｎｓの時間精度で３μｍだけ移動するように、１ＭＨｚの周波数と、ターゲット上の電子ビームの極値点間に１ｍｍの分離をもたらす振幅とに設定することができる。次いで、検出されたＸ線放射は、１μｓを法とするそれぞれのタイムスタンプに従って、１ｎｓの大きさのビンにビニングされる。各ビンは、画素座標データを含むときに１つの画像を与える。次いで、画像は、どの位相が最も高いコントラストを提供するかを見つけるために、異なる位相を有する元の三角形の駆動信号に従って画像をシフトする（すなわち、平行移動させる）ことによって、後処理において組み合わされることができる。

【0050】

異なる方向から撮影された少なくとも２つの画像を使用して、試料の部分的なトモグラフィー再構成を得ることができる。トモシンセシス及びコンピュータ断層写真法のために開発された技術は、限られた数の投影のみが利用可能である場合のためにこれらが開発されていることから、用いることができる。当業者は、得られた画像から可能な限り多くの情報を抽出するために、上述したような画像の平行移動及び追加を異なるトモグラフィー技術と組み合わせることが有利であるかもしれないことを理解するであろう。

【0051】

図３は、本発明による方法を概略的に示す。
Ｘ線放射は、電子ビームをターゲット上に向けることによって発生され３０１、電子ビームは、ターゲット上の少なくとも第１及び第２の位置に交互に向けられ、それによって、第１及び第２の位置でＸ線放射を交互に発生する。ターゲットの過熱を防止するために、電子ビームは、所定の時間制限を超えて同じ位置に維持されるべきではない。好ましくは、この時間制限は、上記の式（６）及び（７）によって与えられる特徴的な時間スケールの１０倍未満、特に５倍未満である。熱サイクルに起因するターゲットの損傷をさらに防止するために、電子ビームは、十分に高い速度で位置間で交互にされるべきであり、すなわち、交互の動きの期間は、時間制限を下回るべきである。好ましくは、電子ビームは、上記の式（６）及び（７）によって与えられる特徴的な時間スケールの１０倍未満、特に５倍未満の期間で、ターゲット上の第１の位置及び第２の位置に交互に向けられる。言い換えれば、連続する曝露間の時間は、１０μｓ未満、例えば５μｓ未満、例えば１μｓ未満であるべきである。いくつかの実施形態では、電子ビームは、第１の位置と第２の位置との間の切り替え中にブランクされ、すなわち遮断され、その結果、第１の位置及び第２の位置の外側の領域からＸ線放射は発生されない。他の実施形態では、電子ビームは、ターゲットが第１の位置と第２の位置との間で掃引されるとターゲットに連続的に衝突する。本開示は、Ｘ線放射が発生される２つの一次位置がある例を取り上げているが、Ｘ線放射を発生するために３つ以上の位置を使用することができ、電子ビームがターゲットを横切って掃引される実施形態では、Ｘ線放射が複数の位置から発生されることが明らかであろう。一例として、電子ビームは、予め定められたパターンに従ってターゲット上に向けることができ、このパターンは、検出されたＸ線放射から画像を後で作成するために使用することができる。

【0052】

発生されたＸ線放射は、調査されるべき試料を配置できる試料位置領域に向けられる３０２。試料位置領域は、第１の位置で発生されたＸ線放射が第２の位置で発生されたＸ線放射と重なる領域に位置付けられる。次いで、Ｘ線検出器アレイを使用して、試料位置領域を通過したＸ線放射が検出される３０３。試料位置領域を通過したＸ線放射の検出は、電子ビームの方向と相関され３０４、第１の位置及び第２の位置から生じるＸ線放射に基づいて画像が作成される。電子ビームが予め定められたパターンに従ってターゲット上に向けられる実施形態では、電子ビームの方向と検出されたＸ線放射との間のそのような相関は、上述したような予め定められたパターンに基づくことができる。いくつかの実施形態では、第１の位置及び第２の位置から生じるＸ線放射に基づいて、部分的なトモグラフィー再構成が作成される。

【0053】

［結び］
Ｘ線画像化システムが開示され、Ｘ線画像化システムは、ターゲットと、ターゲットと相互作用してＸ線放射を発生する電子ビームを提供するように構成された電子ビーム源と、電子ビームをターゲット上の少なくとも第１及び第２の位置に交互に向けるように構成された電子光学系と、ターゲット上の第１及び第２の位置で発生されたＸ線放射を受けるように構成されたＸ線検出器アレイと、発生されたＸ線放射に曝露される試料を受けるための試料位置領域と、ここで、試料位置領域は、第１の位置で発生されたＸ線放射が第２の位置で発生されたＸ線放射と重なる領域に位置付けられ、Ｘ線検出器アレイに結合された処理ユニットとを備え、処理ユニットは、第１の位置及び第２の位置から生じるＸ線放射に基づいて、試料位置領域に位置付けられた試料の画像を作成するように構成される。本発明の実施形態では、電子ビームが特定の位置に向けられるたびに発生されるＸ線放射の曝露時間が十分に短くなるように、電子ビームは移動される。さらなる実施形態では、温度サイクル、及びそれによって熱誘発機械的応力が低減されるように、十分に短い期間で位置間で電子ビームは移動される。対応する方法も開示される。

【図1】

【図2】

【図3】

【手続補正書】

【提出日】2023-01-10

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

Ｘ線画像化システムであって、
ターゲットと、
前記ターゲットと相互作用してＸ線放射を発生する電子ビームを提供するように構成された電子ビーム源と、
前記電子ビームを前記ターゲット上の少なくとも第１及び第２の位置に交互に向けるように構成された電子光学系と、
前記ターゲット上の前記第１及び第２の位置で発生されたＸ線放射を受けるように構成されたＸ線検出器アレイと、
発生されたＸ線放射に曝露される試料を受けるための試料位置領域と、ここで、前記試料位置領域は、前記第１の位置で発生されたＸ線放射が前記第２の位置で発生されたＸ線放射と重なる領域に位置付けられ、
前記Ｘ線検出器アレイに結合された処理ユニットとを備え、前記処理ユニットは、前記第１の位置及び前記第２の位置から生じる前記Ｘ線放射に基づいて、前記試料位置領域に位置付けられた試料の画像を作成するように構成され、
前記Ｘ線検出器アレイ及び前記電子ビーム源は、任意の一瞬においてＸ線検出器によって受け取られた前記Ｘ線放射が前記ターゲット上の前記第１の位置から生じたのか又は前記第２の位置から生じたのかを決定することができるように構成され、
前記第１の位置及び前記第２の位置の各々の連続的な曝露間の時間は、それぞれ１０μｓ未満である、Ｘ線画像化システム。

【請求項2】

前記第１の位置及び前記第２の位置の連続的な曝露間の時間は、５μｓ未満、例えば１μｓ未満である、請求項１に記載のＸ線画像化システム。

【請求項3】

前記電子光学系は、任意の１つの位置の連続曝露の期間が時間制限よりも短い持続時間を有するように、前記ターゲット上の前記少なくとも第１の位置及び第２の位置に前記電子ビームを交互に向けるように構成される、請求項１に記載のＸ線画像化システム。

【請求項4】

前記ターゲットは固体反射ターゲットであり、前記時間制限は、

【数1】

によって与えられる、特徴的な時間スケールτ、の１０倍、好ましくは５倍であり、
ここで、Ｓは、

【数2】

によって与えられ、
ここで、ρは前記ターゲットの密度、Ｃは前記ターゲットの単位質量当たりの熱容量、κは前記ターゲットの熱伝導率、δは前記ターゲットにおける前記電子ビームのスポット径、ｈは前記ターゲットへの電子の侵入深さである、請求項３に記載のＸ線画像化システム。

【請求項5】

前記ターゲットは透過ターゲットであり、前記時間制限は、

【数3】

によって与えられる、特徴的な時間スケールτ、の１０倍、好ましくは５倍であり、
ここで、ρは前記ターゲットの密度、Ｃは前記ターゲットの単位質量当たりの熱容量、κは前記ターゲットの熱伝導率、δは前記ターゲットにおける前記電子ビームのスポットサイズである、請求項３に記載のＸ線画像化システム。

【請求項6】

前記ターゲットは、少なくとも１つの液体ジェットを含み、前記時間制限は、

【数4】

によって与えられる、特徴的な時間スケールτ、の１０倍、好ましくは５倍であり、
ここで、δは、前記少なくとも１つの液体ジェットの移動方向に沿った前記ターゲットにおける前記電子ビームのスポットサイズであり、ｖ_ｊｅｔは、前記少なくとも１つの液体ジェットの移動速度である、請求項３に記載のＸ線画像化システム。

【請求項7】

前記電子ビーム源は、前記第１の位置及び前記第２の位置の外側の前記ターゲットの領域からＸ線放射が発生されないように、前記ターゲット上の前記第１の位置と前記第２の位置との間の切り替えの間に前記電子ビームをブランクするように構成される、請求項１に記載のＸ線画像化システム。

【請求項8】

前記ターゲットは、前記電子ビームがそれぞれの位置に向けられたときに、異なるエネルギースペクトルを有するＸ線放射を発生する前記第１の位置及び前記第２の位置において異なる材料を含む、請求項１に記載のＸ線画像化システム。

【請求項9】

Ｘ線画像化のための方法であって、
ターゲット上に電子ビームを向けることによってＸ線放射を発生することと、ここで、前記電子ビームは、前記ターゲット上の少なくとも第１の位置及び第２の位置に交互に向けられ、それによって前記第１の位置及び前記第２の位置でＸ線放射を交互に発生し、
前記発生されたＸ線放射を試料位置領域に向けることと、ここで、前記試料位置領域は、前記第１の位置で発生されたＸ線放射が前記第２の位置で発生されたＸ線放射と重なる領域に位置付けられ、
Ｘ線検出器アレイを使用して、前記試料位置領域を通過したＸ線放射を検出することと、
任意の一瞬において前記Ｘ線検出器アレイによって受け取られた前記Ｘ線放射が前記第１の位置から生じたのか又は前記第２の位置から生じたのかを決定するように、前記電子ビームの方向を、前記試料位置領域を通過したＸ線放射の検出と相関させて、前記第１の位置及び前記第２の位置から生じた前記Ｘ線放射に基づいて画像を作成することと、を含み、
前記少なくとも第１及び第２の位置の各々の連続的な曝露の間に経過した時間は、それぞれ１０μｓ未満である、方法。

【請求項10】

前記少なくとも第１及び第２の位置の連続的な曝露間の時間が、５μｓ未満、例えば１μｓ未満である、請求項９に記載の方法。

【請求項11】

任意の１つの位置の連続曝露の期間が、時間制限よりも短い持続時間を有するように、前記ターゲット上の前記少なくとも第１の位置及び第２の位置に前記電子ビームは交互に向けられる、請求項９に記載の方法。

【請求項12】

前記ターゲットは固体反射ターゲットであり、前記時間制限は、

【数5】

によって与えられる特徴的な時間スケールτ、の１０倍、好ましくは５倍であり、
ここで、Ｓは、

【数6】

によって与えられ、
ここで、ρは前記ターゲットの密度、Ｃは前記ターゲットの単位質量当たりの熱容量、κは前記ターゲットの熱伝導率、δは前記ターゲットにおける前記電子ビームのスポット径、ｈは前記ターゲットへの電子の侵入深さである、請求項１１に記載の方法。

【請求項13】

前記ターゲットは透過ターゲットであり、前記時間制限は、

【数7】

によって与えられる、特徴的な時間スケールτ、の１０倍、好ましくは５倍であり、
ここで、ρは前記ターゲットの密度、Ｃは前記ターゲットの単位質量当たりの熱容量、κは前記ターゲットの熱伝導率、δは前記ターゲットにおける前記電子ビームのスポットサイズである、請求項１１に記載の方法。

【請求項14】

前記ターゲットは、少なくとも１つの液体ジェットを含み、前記時間制限は、

【数8】

によって与えられる、特徴的な時間スケールτ、の１０倍、好ましくは５倍であり、
ここで、δは、前記少なくとも１つの液体ジェットの移動方向に沿った前記ターゲットにおける前記電子ビームのスポットサイズであり、ｖ_ｊｅｔは、前記少なくとも１つの液体ジェットの移動速度である、請求項１１に記載の方法。

【請求項15】

前記第１の位置及び前記第２の位置の外側の前記ターゲットの領域からＸ線放射が発生されないように、前記ターゲット上の前記第１の位置と前記第２の位置との間の切り替えの間に前記電子ビームをブランクすることをさらに含む、請求項９に記載の方法。

【請求項16】

前記電子ビームは予め定められたパターンに従って前記ターゲット上に向けられ、前記画像は前記予め定められたパターンに基づいて作成される、請求項９に記載の方法。

【請求項17】

前記ターゲットは、前記電子ビームがそれぞれの位置に向けられたときに、異なるスペクトルを有するＸ線放射を発生させる前記第１及び第２の位置において異なる材料を含む、請求項９に記載の方法。

【手続補正2】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５３

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0053】

［結び］
Ｘ線画像化システムが開示され、Ｘ線画像化システムは、ターゲットと、ターゲットと相互作用してＸ線放射を発生する電子ビームを提供するように構成された電子ビーム源と、電子ビームをターゲット上の少なくとも第１及び第２の位置に交互に向けるように構成された電子光学系と、ターゲット上の第１及び第２の位置で発生されたＸ線放射を受けるように構成されたＸ線検出器アレイと、発生されたＸ線放射に曝露される試料を受けるための試料位置領域と、ここで、試料位置領域は、第１の位置で発生されたＸ線放射が第２の位置で発生されたＸ線放射と重なる領域に位置付けられ、Ｘ線検出器アレイに結合された処理ユニットとを備え、処理ユニットは、第１の位置及び第２の位置から生じるＸ線放射に基づいて、試料位置領域に位置付けられた試料の画像を作成するように構成される。本発明の実施形態では、電子ビームが特定の位置に向けられるたびに発生されるＸ線放射の曝露時間が十分に短くなるように、電子ビームは移動される。さらなる実施形態では、温度サイクル、及びそれによって熱誘発機械的応力が低減されるように、十分に短い期間で位置間で電子ビームは移動される。対応する方法も開示される。
以下に、出願当初の特許請求の範囲に記載の事項を、そのまま、付記しておく。
［１］ Ｘ線画像化システムであって、
ターゲットと、
前記ターゲットと相互作用してＸ線放射を発生する電子ビームを提供するように構成された電子ビーム源と、
前記電子ビームを前記ターゲット上の少なくとも第１及び第２の位置に交互に向けるように構成された電子光学系と、
前記ターゲット上の前記第１及び第２の位置で発生されたＸ線放射を受けるように構成されたＸ線検出器アレイと、
発生されたＸ線放射に曝露される試料を受けるための試料位置領域と、ここで、前記試料位置領域は、前記第１の位置で発生されたＸ線放射が前記第２の位置で発生されたＸ線放射と重なる領域に位置付けられ、
前記Ｘ線検出器アレイに結合された処理ユニットとを備え、前記処理ユニットは、前記第１の位置及び前記第２の位置から生じる前記Ｘ線放射に基づいて、前記試料位置領域に位置付けられた試料の画像を作成するように構成され、
前記Ｘ線検出器アレイ及び前記電子ビーム源は、任意の一瞬においてＸ線検出器によって受け取られた前記Ｘ線放射が前記ターゲット上の前記第１の位置から生じたのか又は前記第２の位置から生じたのかを決定することができるように構成され、
前記第１の位置及び前記第２の位置における連続的な曝露間の時間は、１０μｓ未満である、Ｘ線画像化システム。
［２］ 前記第１の位置及び前記第２の位置の連続的な曝露間の時間は、５μｓ未満、例えば１μｓ未満である、［１］に記載のＸ線画像化システム。
［３］ 前記電子光学系は、任意の１つの位置の連続曝露の期間が時間制限よりも短い持続時間を有するように、前記ターゲット上の前記少なくとも第１の位置及び第２の位置に前記電子ビームを交互に向けるように構成される、［１］又は［２］に記載のＸ線画像化システム。
［４］ 前記ターゲットは固体反射ターゲットであり、前記時間制限は、

【数14】

によって与えられる、特徴的な時間スケールτ、の１０倍、好ましくは５倍であり、
ここで、Ｓは、

【数15】

によって与えられ、
ここで、ρは前記ターゲットの密度、Ｃは前記ターゲットの単位質量当たりの熱容量、κは前記ターゲットの熱伝導率、δは前記ターゲットにおける前記電子ビームのスポット径、ｈは前記ターゲットへの電子の侵入深さである、［３］に記載のＸ線画像化システム。
［５］ 前記ターゲットは透過ターゲットであり、前記時間制限は、

【数16】

によって与えられる、特徴的な時間スケールτ、の１０倍、好ましくは５倍であり、
ここで、ρは前記ターゲットの密度、Ｃは前記ターゲットの単位質量当たりの熱容量、κは前記ターゲットの熱伝導率、δは前記ターゲットにおける前記電子ビームのスポットサイズである、［３］に記載のＸ線画像化システム。
［６］ 前記ターゲットは、少なくとも１つの液体ジェットを含み、前記時間制限は、

【数17】

によって与えられる、特徴的な時間スケールτ、の１０倍、好ましくは５倍であり、
ここで、δは、前記少なくとも１つの液体ジェットの移動方向に沿った前記ターゲットにおける前記電子ビームのスポットサイズであり、ｖ _ｊｅｔ は、前記少なくとも１つの液体ジェットの移動速度である、［３］に記載のＸ線画像化システム。
［７］ 前記電子ビーム源は、前記第１の位置及び前記第２の位置の外側の前記ターゲットの領域からＸ線放射が発生されないように、前記ターゲット上の前記第１の位置と前記第２の位置との間の切り替えの間に前記電子ビームをブランクするように構成される、［１］から［６］のいずれか一項に記載のＸ線画像化システム。
［８］ 前記ターゲットは、前記電子ビームがそれぞれの位置に向けられたときに、異なるエネルギースペクトルを有するＸ線放射を発生する前記第１の位置及び前記第２の位置において異なる材料を含む、［１］から［７］のいずれか一項に記載のＸ線画像化システム。
［９］ Ｘ線画像化のための方法であって、
ターゲット上に電子ビームを向けることによってＸ線放射を発生することと、ここで、前記電子ビームは、前記ターゲット上の少なくとも第１の位置及び第２の位置に交互に向けられ、それによって前記第１の位置及び前記第２の位置でＸ線放射を交互に発生し、
前記発生されたＸ線放射を試料位置領域に向けることと、ここで、前記試料位置領域は、前記第１の位置で発生されたＸ線放射が前記第２の位置で発生されたＸ線放射と重なる領域に位置付けられ、
Ｘ線検出器アレイを使用して、前記試料位置領域を通過したＸ線放射を検出することと、
任意の一瞬において前記Ｘ線検出器アレイによって受け取られた前記Ｘ線放射が前記第１の位置から生じたのか又は前記第２の位置から生じたのかを決定するように、前記電子ビームの方向を、前記試料位置領域を通過したＸ線放射の検出と相関させて、前記第１の位置及び前記第２の位置から生じた前記Ｘ線放射に基づいて画像を作成することと、を含み、
前記少なくとも第１及び第２の位置の連続的な曝露の間に経過した時間は、１０μｓ未満である、方法。
［１０］ 前記少なくとも第１及び第２の位置の連続的な曝露間の時間が、５μｓ未満、例えば１μｓ未満である、［９］に記載の方法。
［１１］ 任意の１つの位置の連続曝露の期間が、時間制限よりも短い持続時間を有するように、前記ターゲット上の前記少なくとも第１の位置及び第２の位置に前記電子ビームは交互に向けられる、［９］又は［１０］に記載の方法。
［１２］ 前記ターゲットは固体反射ターゲットであり、前記時間制限は、

【数18】

によって与えられる特徴的な時間スケールτ、の１０倍、好ましくは５倍であり、
ここで、Ｓは、

【数19】

によって与えられ、
ここで、ρは前記ターゲットの密度、Ｃは前記ターゲットの単位質量当たりの熱容量、κは前記ターゲットの熱伝導率、δは前記ターゲットにおける前記電子ビームのスポット径、ｈは前記ターゲットへの電子の侵入深さである、［１１］に記載の方法。
［１３］ 前記ターゲットは透過ターゲットであり、前記時間制限は、

【数20】

によって与えられる、特徴的な時間スケールτ、の１０倍、好ましくは５倍であり、
ここで、ρは前記ターゲットの密度、Ｃは前記ターゲットの単位質量当たりの熱容量、κは前記ターゲットの熱伝導率、δは前記ターゲットにおける前記電子ビームのスポットサイズである、［１１］に記載の方法。
［１４］ 前記ターゲットは、少なくとも１つの液体ジェットを含み、前記時間制限は、

【数21】

によって与えられる、特徴的な時間スケールτ、の１０倍、好ましくは５倍であり、
ここで、δは、前記少なくとも１つの液体ジェットの移動方向に沿った前記ターゲットにおける前記電子ビームのスポットサイズであり、ｖ _ｊｅｔ は、前記少なくとも１つの液体ジェットの移動速度である、［１１］に記載の方法。
［１５］ 前記第１の位置及び前記第２の位置の外側の前記ターゲットの領域からＸ線放射が発生されないように、前記ターゲット上の前記第１の位置と前記第２の位置との間の切り替えの間に前記電子ビームをブランクすることをさらに含む、［９］から［１４］のいずれか一項に記載の方法。
［１６］ 前記電子ビームは予め定められたパターンに従って前記ターゲット上に向けられ、前記画像は前記予め定められたパターンに基づいて作成される、［９］から［１５］のいずれか一項に記載の方法。
［１７］ 前記ターゲットは、前記電子ビームがそれぞれの位置に向けられたときに、異なるスペクトルを有するＸ線放射を発生させる前記第１及び第２の位置において異なる材料を含む、［９］から［１６］のいずれか一項に記載の方法。

【国際調査報告】