CN101283269A - X射线层析照片综合合成装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种X射线层析照片综合合成装置(36)，包括使带电粒子的粒子射束指向靶极(42)的装置，当带电粒子击中靶极(42)时，靶极发射X射线，以透射被拍摄检查的试样(2)。根据本发明，靶极(42)至少有一个载体(46)，在该载体(46)上布置有多个靶极元件(48－54)，各靶极元件相互有一定间距，并分别部分地覆盖载体(46)。此外，根据本发明预设有致偏器，粒子射束通过致偏器可以偏转，以击中靶极元件(48到54)。

Description

X射线层析照片综合合成装置
技术领域
本发明涉及一种在权利要求1前序部分中所说的X射线层析照片综合合成装置。
背景技术
这种装置一般已经为业内所熟知，并应用于对例如电子部件、平板组件或电路板的拍摄检查。
由于X射线分层摄影或层析照片综合合成方法的原理，使得X射线源需要相对于被拍摄检查的物体进行相对移动。关于X射线分层摄影或层析照片综合合成方法的技术细节，专业人员可以通过例如DE 103 08 529 A1进行大致了解，因此，这里不作进一步阐述。
根据DE 103 08 529 A1，已知一种X射线层析照片综合合成装置，其包括：带X射线源的X射线管，用以产生X射线，对被拍摄检查的物体进行扫描透射；以及被拍摄检查的物体的支架。另外，现有技术装置还具有X射线探测器，用来探测从被拍摄检查物体透射出的X射线。在现有技术装置上，被拍摄检查物体在接收检查时固定在其支架上，同时，为了实施分层摄影或层析照片综合合成方法，不仅X射线管要相对于被拍摄检查物体移动，X射线探测器也要相对于被拍摄检查物体移动。类似的装置还记载于EP 0 683 389 A1、DE 101 42 159 A1、DE 102 42 610 A1、DE 199 51 793 A1、DE 103 17384 A1和DE 103 09 887 A1。
上述现有技术装置的缺点在于，由于不仅X射线源需要相对于被拍摄检查物体移动，而且X射线探测器也需要相对于被拍摄检查物体移动，因此必须移动可观的物质，这对机械部分提出了很高的要求，因此现有技术装置所需费用大，制造成本昂贵。使上述缺点更趋严重的是，为了以高精度获得足够的图像质量，物质的移动一方面必须相对于X射线源的移动同步进行，另一方面必须相对于探测器的移动同步进行。
在对上述装置的改进时曾经有人建议，使用多个位置固定的X射线探测器取代一个可移动的X射线探测器。但是，在相应的装置上还另外要求移动X射线管，因此，上述缺点原则上仍然继续存在。
此外，还有人提出这样的X射线分层摄影和层析照片综合合成装置，其中，固定布置X射线源，移动被拍摄检查物体和X射线探测器。然而，这些现有技术装置的缺点仍在于必须移动可观的物质。
DE 196 04 802 A1披露了一种X射线层析照片综合合成装置，其中以固定方式布置X射线源和X射线探测器，而在拍摄检查过程中移动被拍摄检查物体的支架。类似的装置还记载于DE 197 23 074、US 6,748,046B2、DE 37 903 88 T1和DE 102 38 579 A1。
此外，还已知另外一些X射线层析照片综合合成装置，例如DE103 38 742 A1已知的装置，其采用位置固定的X射线管，在X射线管内带有可移动的X射线源，位置固定的被拍摄检查物体的支架和位置固定的X射线探测器，其中，为了达到要求的三维分辨率，采用了可移动的反射光学系统，该反射光学系统根据X射线当时的位置把从被拍摄检查的物体透射出的X射线导向X射线探测器。类似的装置还记载于WO 89/04477。
上述这些装置的缺点也在于，必须高精度地移动可观的物质。此外，所需的反射光学系统要求可观的机械费用，因此增加了制造成本。
发明内容
本发明的基本任务是，提供一种X射线层析照片综合合成装置，这种装置是经过简化的，因而制造成本较低，同时X射线图像能实现高质量的图像。
通过在权利要求1中提出的方案解决了上述问题。
本发明的基本构思在于，使焦斑移动，在焦斑处出现带电粒子的粒子射线时，在一个靶极上产生X射线，无须移动X射线源也无须移动产生粒子射线的粒子源。
根据本发明，上述基本构思是通过这样的靶极实现的，该靶极至少具有一个用基底材料构成的载体，在该载体上布置有多个靶极元件，这些靶极元件彼此有一定间距，并总是仅部分覆盖载体。
根据本发明，基底材料和靶极材料是不同的材料。在这种情况下，选择靶极材料是着眼于发射具有要求波长或在要求波长范围内的X射线，而选择基底材料则着眼于其导热系数以及X射线的高透射度。根据本发明，垂直于发射方向的载体的横截面面积大于在该方向上靶极元件的横截面面积，因此，靶极元件只覆盖载体的一部分表面。另外，基底材料具有较小的密度、高导热能力，以及，具有一定的、最好是通过添加掺杂材料而提高的导电率，而靶极材料则是高密度材料，例如钨。
撞击的电子在靶极材料中非常短的路径上受到抑制，同时优先产生短波的X射线。相反地，在密度较低的基底材料中，渗入的电子在非常长的路径上受到抑制，因此更多地产生长波射线，例如可以借助适当的滤波器滤出长波射线。由此得知，根据本发明，焦斑的形状、大小和位置是由相关的靶极元件的形状、大小和位置确定的。
根据本发明，具有要求波长或在要求波长范围内的X射线只是在当前受到辐射的靶极元件中产生的，而且由相关的靶极元件决定X射线管的焦斑，因此，焦斑的形状和大小不再取决于电子射束的横截面，而是仅取决于相关靶极元件的横截面，只要X射线管工作时电子射束始终辐射靶极的全面积即可。
虽然在载体中也产生X射线。但是，这一部分X射线具有另一种波长，或者，该波长在有别于靶极元件中产生的有效射束的另一波长范围内，因此，可以顺利地滤出此部分X射线。
有鉴于此，根据本发明装置的焦斑可以形成为几乎是任意小的一种焦斑，其中，只是受到形成靶极元件作为显微或毫微结构的显微结构化方法的限制。
在现有技术中，需要很多措施来稳定在其装置上规定X射线管中焦斑形状、大小和位置的电子射束的形状、大小和位置所必需的结构，与上述现有技术相比，根据本发明，焦斑的形状、大小和位置仅仅是由靶极元件的形状、大小和位置确定，因此，在装置中省去了上述措施。因此，根据本发明，能够以特别少的费用制成X射线层析照片综合合成装置，其焦斑的形状、大小和位置是高度稳定的，因而在应用于成像过程中时能够得到特别高的图像质量。
作为靶极材料，可以根据相关要求，采用在用电子轰击时能发射具有要求波长或在要求波长范围内的X射线的材料。
在用粒子射束例如电子射束辐射时，所用的靶极元件起到X射线源的作用。根据本发明，通过使靶极具有多个彼此有一定间距的靶极元件，其中，每一个靶极元件都能起到X射线源的作用，这样，根据本发明的装置就具有多个可能的X射线源，它们在空间上彼此有一定的间距，因而能透射处于不同角度下的试样。
为了让某一个靶极元件起到X射线源的作用，只需要用粒子射束辐射该靶极元件使其发射X射线即可。为此，根据本发明预设有致偏器，粒子射束通过该致偏器可以偏转，以击中靶极元件。通过相应的偏转，粒子射束因而可以有选择地总是指向希望的靶极元件，以便在该靶极元件被带电粒子击中时发射X射线，从而起到X射线源的作用。通过按时间顺序依次用粒子射束辐射不同的靶极元件，X射线源按时间先后处于不同的位置，所以在透射试样时就能有不同的透射角。
因为通过例如适当的线圈或线圈装置可以使粒子射束发生偏转，因此，根据本发明，可以相对于试样改变X射线源的位置，无须为此而移动X射线源或有关部件。
因为这样改变X射线源的位置，以及随之改变透射试样时的透射角，根本不需要移动额定值的质量，因此，进行这样的改变基本没有时滞。以这样的方式用根据本发明的装置对试样进行拍摄检查，比用常规装置要快得多。用这样的方式大大缩短了对试样进行拍摄检查的周期时间，因而可以更节省时间和更节省成本地对试样进行拍摄检查。
根据本发明装置的另一个优点在于，基本上不需要那种机械运动受质量影响的部件，也能进行工作。因此，根据本发明的装置在结构上特别简单，因而价格上有利，而且结构坚固。
根据有关的要求，靶极元件的形状、大小和比例的选择范围很宽。可以利用例如显微结构化方法在载体上形成的显微或毫微结构，形成靶极元件。作为显微结构化方法可以使用例如沉积方法，例如三维加性毫微光刻技术或离子束溅射，但也可以使用剥蚀方法，例如电子光刻技术，或使用腐蚀方法。专业人员一般都熟悉这些方法，这里不作进一步阐述。
根据本发明，靶极元件可以形成于例如(特别是)载体的表面。根据具体情况的要求，靶极元件也可以镶嵌在载体中，只要保证带电粒子能到达靶极元件以使靶极元件发射X射线即可。
根据本发明，例如(特别是)能够相互相对位置固定地布置：产生带电粒子射束的粒子源、被拍摄检查的试样的支架、和能探测从试样透射出的X射线的探测器。在相应构成的根据本发明的装置上，在透射试样时可用上述方式实现不同的透射角，而无须移动上文所述组件。由于透射角变换的速度仅与粒子射束从一个靶极元件偏转到另一个靶极元件的时间间隔有关，而且这样的偏转几乎没有时间的时滞，因此，在根据本发明的装置上改变透射角基本没有时滞。这样，在采用上文所述方法对试样进行拍摄检查时可以得到特别高的速度。
根据本发明，以彼此相对位置固定的方式布置组件可以理解为，不必彼此相对地移动组件就能得到不同的透射角。鉴于此，根据本发明适合于采用这样的靶极，其面积至少同试样的最大被拍摄检查的面积一样大。另外，鉴于此，作为用来探测从试样透射出的X射线的探测器，适合于采用这样的X线图像探测器，其输入图像面积大于试样的最大被拍摄检查面积。
但是，根据具体情况的要求，根据本发明也可以彼此相对可移动地布置粒子源、试样的支架和探测器。不过在对试样进行透射和拍摄检查时，没有必要彼此相对移动上述组件。
可以利用例如计算机层析X射线摄影方法，特别是平面计算机层析X射线摄影方法和图形处理方法，对由探测器接收的X射线图像进行计值。专业人员一般都熟悉这些方法，因此，这里不作进一步阐述。
对于非圆形焦斑，根据本发明，直径应当理解为焦斑在焦平面或焦点平面上的最大延伸。
导热系数的数值与室温有关。
针对适用性，致偏器至少具有一个线圈或线圈装置，和/或至少有一个静电致偏装置。利用相应的线圈或线圈装置及致偏装置，可使粒子射束偏转，从而击中靶极元件，基本没有时滞。
根据本发明的另一个较佳方案，至少在对试样进行拍摄检查的过程中，用来产生粒子射束的粒子源相对于探测器(用来拍摄检查从试样透射出的X射线)的位置固定。由于根据本发明粒子源与探测器之间不需要相对移动，所以可以按这种方式得到一种特别简单的结构，因而价格上特别有利且坚固耐用。根据本发明，拍摄检查应当理解为按时间次序依次拍摄多个不同透射角度下的X射线图片。
根据本发明的另一个较佳方案，至少在对试样进行拍摄检查过程中，被拍摄检查试样的支架相对于粒子源和/或探测器的位置固定。特别是，与前面提到的实施方式组合，可得到一种特别简单的结构，因而价格上更有利且坚固耐用，其中，粒子源、试样的支架和探测器布置为彼此相对位置固定。
如果根据本发明采用大面积的靶极，则不可避免地要求电子射束的大偏转角，同时要求电子射束聚焦和偏转所必需的电子光学系统的大焦长(焦距)。这将导致焦斑的形状和尺寸失真，还会引起X射线图像质量变差。为了保证高质量的图像，特别是为了能对日益微型化的试样(例如多层电路板)进行拍摄检查，根据本发明的另一个较佳方案，在靶极的俯视图上，诸靶极元件具有基本相同的轮廓。因为根据本发明只由或几乎只由靶极元件产生X射线，X射线管焦斑的形状和大小是由发射X射线的靶极元件的形状和大小决定的，因此在这一实施方式上，电子射束横截面的形状和尺寸方面的失真对焦斑的形状和大小没有影响。与哪一个靶极元件被粒子射线辐射无关，由于靶极元件的轮廓相同，焦斑始终具有相同的大小和尺度。用这种方式大大提高了用根据本发明的装置所拍摄的X射线图片的图像质量。
因此，靶极元件的形状、大小的选择范围很宽。根据本发明的另一个较佳方案，在靶极的俯视图上，靶极元件基本上为圆形。用这种方式可以得到射束光学意义上特别有利的比例。
根据本发明的另一个较佳方案，靶极被设计成发射靶极。
根据本发明的另一个较佳方案，粒子射束的横截面选定为大于靶极元件的相应的横截面，即粒子射束在指向一个靶极元件时始终辐射同一个靶极元件的全面积。通过上述方式，确保粒子射束的横截面在形状和尺寸方面的失真不会影响由被辐射靶极元件所形成焦斑的形状和尺寸。
根据本发明的另一个较佳方案预设有控制器，通过该控制器可以这样控制致偏器，使粒子射束按预先规定的或可预先规定的顺序辐射逐个或全部的靶极元件，这样，让被辐射的靶极元件按照预先规定或可预先规定的顺序发射X射线。这种情况下，可以根据具体情况的要求，通过控制器对靶极元件的控制进行选择，从而可以(例如)对靶极表面进行例如曲折形、螺旋形或直线形的扫描，从而考虑到发射X射线按照时间先后次序激活处在扫描路径上的靶极元件。
根据本发明的另一个较佳方案，控制器这样来对致偏器进行控制，即粒子射束始终只辐射诸靶极元件中的一个靶极元件。在上述实施方式上，按时间先后次序用粒子射束逐个或全部辐射靶极元件，使靶极元件按时间先后次序相继发射X射线。
特别是，根据本发明，为了探测从试样透射出的X射线，在使用由多个面积较小的探测器组合而成的一个大面积的探测器时，根据本发明，能同时辐射至少两个靶极元件，让同时至少有两个X射线源有效。但如此操作有一前提条件：通过不同的X射线源所产生的X射线图片不会以影响图像质量的方式进行重叠。就这方面来说，根据本发明另一个较佳方案，控制器对致偏器这样进行控制，即同时至少有两个靶极元件受到一束粒子射束的辐射。在这样的实施方式中，可以使用多个粒子源产生多个粒子射束。
对于构成载体的基底材料，根据具体要求，其选择范围很宽。基底材料具有小于靶极材料的密度，高导热能力，最好通过添加掺杂材料来提高导电率，以及具有X射线的高透射度。
为了达到特别高的导热能力，根据本发明另一个较佳方案，载体至少部分地包含导热系数≥10W(cm×K)最好≥20W(cm×K)的基底材料。用这样的方式确保特别有效地导出热量，所述热量是为了产生用高能加速的带电粒子，特别是用电子轰击相应的靶极元件所需要的X射线。
为了做到特别好地导热，根据本发明的另一个较佳方案，基底材料是金刚石或者含金刚石。
根据本发明的另一个较佳方案，为了提高导电率，基底材料添加有掺杂材料。根据这种较佳方案，使用例如金刚石作为基底材料虽然保证充分导出生成的热量，但由于金刚石的电绝缘特性同时又给靶极充电。根据这种构成方案，另一方面，给靶极充电在某种程度上使图像质量变差，这是因为电负荷不受控制地分离电荷和重新击中靶极会导致不受控制地额外发射X射线。如果例如(特别是)使用金刚石作为基底材料，金刚石就是电绝缘子，可通过添加适当的掺杂材料，例如添加一种金属或硼，或在朝向粒子射束的表面上用一层厚度仅有几纳米的金属覆层使金刚石变成导电体。结果，电荷(例如电子)可以从靶极上导出，从而可靠地避免给靶极充电而影响图像质量。出乎预料的是，以这种方式使用根据本发明的装置拍摄的图片大大提高了图像质量。
根据本发明的另一个较佳方案，靶极具有一个滤波器，该滤波器能使在靶极元件中产生的X射线透过，并至少部分地阻止在载体中产生的X射线。通过这种方式，可保证只有具有要求波长或在要求波长范围内的X射线投射于试样。
附图说明
下面，根据所附的示意图对本发明作进一步说明，图中所示为根据本发明装置的实施例。图中所示的实施例仅为示例之用，并不用于限制本发明，本发明的范围由所附权利要求及其等效置换所限定。
附图中：
图1所示为穿过多层电路板的截面示意图，
图2所示为根据现有技术用X射线层析照片综合合成方法进行拍摄检查时的多层电路板的截面示意图，
图3所示为根据现有技术用另一种层析照片综合合成方法进行拍摄检查时相同于图2的多层电路板的截面示意图，
图4所示为根据本发明层析照片综合合成装置的实施例的示意轴测图，
图5为示意侧视图，示出根据图4的装置在被拍摄检查试样与探测器之间取第一间距的情况，
图6为相同于图5的示意图，示出根据图4的装置在被拍摄检查试样与探测器之间取第二间距的情况，
图7所示为根据图4在一靶极元件范围内穿过装置中靶极的截面视图，
图8所示为类似图7的视图，
图9所示为根据图7在一靶极元件范围内靶极的俯视图，
图10所示为根据本发明装置中靶极的另一替代实施例的截面视图，
图11所示为根据图10的靶极的俯视图，
图12所示为类似图11的俯视图，
图13所示为类似图11的另一俯视图，
图14所示为说明粒子射束在不同空间位置发生变形的视图，
图15所示为在用电子射束辐射根据图4的装置时其靶极的另一实施方式的俯视图，
图16所示为说明根据图4的装置焦斑定位顺序的示意图，
图17所示为利用根据图16的焦斑定位顺序所得透射图像的示意图，以及
图18所示为用相同于图16的示意图表示的另一种焦斑定位顺序示例。
在附图中，使用相同的部件标号表示同样的元件。附图仅为示意图性质，并非按比例尺绘制。
具体实施方式
图1所示为用X射线成像方法进行拍摄检查时的多层电路板2。多层电路板2在不同平面4和6上为钎焊连接，钎焊连接为焊料球的样式，例如图1中示出了两个焊料球8和10，其中焊料球8带有气泡12、14的瑕疵。
为了对多层电路板2进行拍摄检查，用X射线透射该电路板，X射线由X射线源产生，其焦斑15在焦斑平面16上。在透射焊料球8、10时产生透射图像18、20，该透射图像18、20在探测器平面22上被探测器接收。这种情况下产生气泡10、12的透射图像24、26。
从图1中可以清楚地看出，焊料球8、10的透射图像18、20在探测器平面22上重叠。因此，在探测器接收的图像上虽然可以看出气泡10、12的透射图像24、26，可以断定，被透射的焊料球8、10中有一个焊料球有瑕疵。但是，由于透射图像18、20重叠，不能断定气泡12、14是在焊料球8、10的哪一个上。图1中所表示的方法不适合于断定焊料球8、10上的缺陷所属的平面4、6，并进而给缺陷定位。
图2所示为根据现有技术的层析照片综合合成方法，用该方法不仅可以确定焊料球8、10的缺陷，而且可以确定所属的平面4、6，并进而为其定位。如图2中所示，按这种方法，多层电路板2是被斜向透射的，因此，在相应地选择透射角时，透射图像18、20不再在探测器平面22上重叠，而是相互有一定间距。如果如图2所示，多层电路板处在位置A上，则在如图2中所示的位置A2和A1上产生焊料球8、10的透射图像18、20。
如果多层电路板由位置A平行于探测器平面22移动到位置B，如在图2中用箭头28所示，这样，焊料球8的透射图像18出现在位置B2，焊料球10的透射图像20出现在位置B1。
可以清楚地看出，在多层电路板2从位置A移动到位置B时，焊料球8的透射图像18在探测器平面22上移动如图2中箭头30所示的一段较短行程，而焊料球10的透射图像20在探测器平面22上移动如图2中箭头32所示的一段较长行程。在判断焊料球8、10上的瑕疵时，用这种方式可以确定有瑕疵的焊料球是在平面4、6中的哪一个平面上。
用与此相应的方法，可以通过改变透射角对处在平面4、6上的其它焊料球进行拍摄检查，并断定焊料球上是否有瑕疵。这样，通过图2中所示的方法不仅能断定缺陷，还能精确定位。在图2中示出了适合用于三层电路板的已知方法。采用上述基本原理，也可以在拍摄检查两层以上的多层电路板时使用上述方法。
图3所示为根据现有技术的另一可替代的层析照片综合合成方法，与图2中所示方法的区别在于，在进行拍摄检查时多层电路板2保持位置固定。为了一方面在位置A1和A2产生透射图像18、20，另一方面在位置B1、B2产生透射图像18、20，需要改变透射角，这可以按照图3中所示的方法通过下述操作做到，即如图3中箭头34所示，移动X射线源，从而移动焦斑平面16上的焦斑15。
图2和图3中所示根据现有技术的层析照片综合合成方法有缺点，即，在进行拍摄检查时，不是必须移动多层电路板2(参见图2)，就是必须移动X射线源(参见图3)。为了获得具有缺陷定位所需精度的透射图像，必须以高精度进行上述移动。特别是对于下述情况来说：在对试样进行拍摄检查时可能涉及到高度微型化的多层电路板。对于已知的层析照片综合合成装置，为得到进行上述移动所要求的精度，需要精度高且价值昂贵的机械结构。现有技术装置的另一个缺点在于，对试样进行拍摄检查非常费时，因为每次定位X射线源和试样都需要时间，而且必须进行多次这样的定位。
在图4中示出了根据本发明装置36的一个实施例，该装置有一个X射线管38，包括在装置36工作时可以抽真空的壳体40，壳体内部安装有图4中看不见的粒子源，以产生带电粒子的粒子射束。在本实施例中，粒子源用一种细丝构成，从其中射出电子，并形成电子射束，电子射束按照已知的方式，例如利用孔眼阳极在向着靶极42的方向上加速。当向靶极42入射高能加速的电子时形成X射线，X射线在层析照片综合合成方法中用来透射多层电路板2。产生X射线的方式方法一般都知道，因此这里不做进一步阐述。
此外，在图4中示出的装置36还有多层电路板2的支架，以及对X射线敏感的探测器44。在图4中示出的实施例上，靶极42的面积大于被拍摄检查的多层电路板2的面积。根据本发明，靶极42的面积至少同被拍摄检查的多层电路板2的面积一样大才合适，下面，多层电路板2被简称为试样。
在本实施例中，选择探测器44的输入图像面积，使其大于被拍摄检查的试样2的面积。具体地说，探测器44的输入图像面积如下述方式进行选择：即，依据在射线方向上测得的试样2到靶极42的距离，以及由此而得出的在试样2所有可以想象的方向上利用X射线管38产生的X射线的放大率，使所产生的透射图像始终位于探测器44的输入图像面积边界线以内。
根据本发明，靶极42具有载体46，在该载体46上布置有多个相互有一定间距且只部分地覆盖载体46的靶极元件，这些靶极元件在本实施例中成网栅状布置在载体64上。在图4上，在许多的靶极元件中只标出了四个用部件标号48、50、52、54表示的靶极元件。
如果电子射束56按时间先后次序相继指向靶极元件54、52、50、48，则靶极元件54、52、50、48发射X射线，并在探测器44的输入平面上，根据由电子射束56射到靶极42的入射角所定义的不同透射角，相应地产生试样2中区域66的透射图像58、60、62、64。
为了直观地说明问题，从图4中可以看出，在不同透射角下透射试样2的另一区域68时，产生透射图像70、72、74。
为了直观地说明问题，在图4中同时示出了在辐射不同的靶极元件48到54的多个位置上的电子射束56。但实际上，在本实施例中，电子射束56始终是同时只辐射靶极元件48-54及其它靶极元件中的一个靶极元件。如果电子射束56击中靶极元件中的一个靶极元件，则该靶极元件以在下文根据图7等进一步说明的方式产生X射线，并用该X射线透射试样2。
为了让粒子射束有选择地指向靶极42的各个靶极元件，根据本发明预设有致偏器，电子射束56可通过致偏器偏转，以击中靶极元件。在图4中示出的实施例上，致偏器具有一个线圈装置，电子射束56可以利用该线圈装置偏转，以便能击中靶极44的每一个靶极元件。如果电子射束56的辐射方向取为Z方向，则电子射束56利用线圈装置既可以转向X方向，也可以转向Y方向，也就是可以二维偏转。所述这类线圈装置的结构和功能原理，专业人员一般都知道，因此这里不做进一步阐述。
图5和图6用来说明探测器44的输入图像面积的几何尺寸。图5说明焦斑平面16与试样所在平面75之间的间距为D1情况下的射线几何关系。相比之下，图6说明焦斑平面16与平面75之间的间距增大为D2情况下所得的射线几何关系。采用图5的布置所得的放大率高于采用图6的布置所得的放大率，从中可以看出，放大率较高时，要求探测器44的输入图形面积较大。
图7所示为在靶极元件48的范围内穿过靶极44的截面示意图。靶极44具有一个由基底材料构成的载体76，在该载体76上布置有由靶极材料构成的靶极元件48以及在图7中看不到的其它靶极元件，当电子射束56指向相关的靶极元件时，该靶极元件发射X射线。载体76原则上使用密度较小且导热能力较高的基底材料。在本实施例中，基底材料是金刚石，其导热系数为≥20W/(cm×K)。
在本实施例中，为提高导电率，基底材料中添加有掺杂材料，本实施例采用的是硼。由于本身为电绝缘的基底材料利用添加掺杂材料变成了导电的，因此，电荷得以从载体76中流出，从而避免了对载体46充电和对靶极44充电。
靶极元件48由高密度材料构成，在本实施例中为钨，在用带电粒子轰击，特别是用电子轰击时，其发射X射线。下面只说明靶极元件48；其它靶极元件采用相应的结构。
由于在图7中看不出，因此这里需要说明，靶极元件48在俯视图上基本上是圆形。下面还要进一步说明，靶极元件48的直径决定X射线管38的焦斑的直径，根据透射试样2所得并被探测器44所接收的图像的要求分辨率，选择上述直径。靶极元件48可以是(例如)利用微结构化方法在载体4上成像的显微或毫微结构，其直径仅与所采用的显微结构化方法的精确度有关，可能大约是≤1.000nm。
当电子射束56指向靶极元件48时，如果用电子轰击靶极元件48，则电子在靶极元件48中在非常短的路径上被抑制，同时产生短波X射线。相反地，在载体76的密度较小的基底材料中，射入的电子则是在很长的路径上被抑制，同时产生长波射线。在图7中所示情况是，直径为dE1的电子射束击中靶极元件48，而直径dE1在这种情况下小于靶极元件48的直径。在靶极元件48中抑制电子导致一种短波X射线，其源直径为dX1靶极元件48的直径。电子穿过靶极元件48后射入密度较小的载体76的基底材料中，在载体76内部抑制体78的范围内在非常长的路径上受到抑制，并产生占压倒优势的长波射线，该长波射线可用适当的滤波器进行遏制，使得只有来源于靶极元件48的短波有效，根据本发明，靶极元件48只部分地覆盖载体76的面积。
在图8中所示情况是，电子射束横截面的直径dE2明显大于靶极元件48的直径。在这种情况下，在限定边界直径为dX2的靶极元件48中产生占压倒优势的短波射线，而射入密度较小的载体76的基底材料中的电子在抑制体78范围内导致过多长波射线，长波射线可以滤出，因此，只有具有规定波长的或在规定波长范围内的源自靶极元件48的短波X射线才能有效地透射试样2。
从图7与图8的比较中可以看出，X射线管48的焦斑的形状、大小和位置只与靶极元件48的的形状、大小和位置以及电子射束56所指向的其它靶极元件之一的形状、大小和位置有关，而与电子射束横截面的形状、大小和位置无关。
图9所示为根据图8之靶极的俯视图，从中可以看出，电子射束56的横截面80的直径dE大于靶极元件48的横截面的直径dM。如根据图7和8的说明中所述，对于X射线管38的焦斑的横截面，只有垂直于靶极42表面的靶极元件48的横截面有决定性。
在图10中示出根据本发明的装置36被设计成透射靶极的靶极42的另一个可替代实施方式，与图7和图8所示实施例的区别在于，载体76在其背向靶极元件48的一面具有射束滤波器82，射束滤波器82允许在靶极元件48中产生的X射线84通过，但基本上吸收在载体76中产生的X射线86。射束滤波器82可以由例如铝箔制成。
在图11中，用部件标号80表示电子射束56经过预先调整的横截面，用部件标号80′表示基于干扰影响被放大的电子射束56横截面，用部件标号80″表示基于干扰因素被缩小的电子射束56横截面。因为X射线管38的焦斑的横截面仅与靶极元件48的横截面有关，而后者是稳定不变的，所以，只要靶极元件48全面积被电子射束56辐射，电子射束56横截面的相应变化对焦斑的横截面没有影响。
从图12中可以清楚地看出，电子射束56横交于其发射轴线侧向移动到位置80′″时，同样也适用相应的规律，因为在电子射束的该位置上，电子射束56仍然作用于靶极元件48的全面积。
从图13中可以清楚地看出，只要电子射束56的横截面的变化仍然能辐射靶极元件48的全面积，就可以改变电子射束56的横截面，而不会影响焦斑的横截面。在图13中，两个变形的电子射束横截面分别用部件标号82和84表示，仅为举例说明。由于X射线管38的焦斑的横截面仅与靶极元件48的横截面有关，而后者是保持不变且位置稳定的，因此，电子射束56的横截面变化并不会使根据本发明装置36的X射线图片质量变差。
综合看图11到图13可以得知，电子射束56的横截面变化和位移对焦斑的横截面和位置没有影响。在使用常规X射线管时，为得到足够的图像质量，需要花费很大的措施来在成像过程中稳定射束的形状、大小和击中靶极的击中点，与现有技术相比，在本发明X射线管48上可以省去上述措施。
在图14中进一步示出，因电子射束56击中靶极42时的入射角不同而产生电子射束56横截面的变形。用部件标号80表示当电子射束56在0°角度下击中靶极42时，在靶极上的有效横截面。与此相比，如果电子射束56在偏离90°的角度下击中靶极42，则有效横截面变形为椭圆形。图14所示为变形为椭圆形的横截面，与电子射束56在不同偏移位置下的不同的透射角相对应，同时，为一目了然起见，只提供了一个变形的横截面，用部件标号88表示。使用常规X射线管时，电子射束的相应变形的横截面88会导致X射线管的焦斑变成畸变的几何图形，使图像质量明显变差。
图15清楚地表明就以上所述的情况在根据本发明靶极42上所得的结果，图中，除了靶极元件48之外，为举例说明仅示出了靶极元件92、94、96、98、100、102和104。可以看出，在靶极42的俯视图上，靶极元件48和靶极元件92至104总是具有相同的、在图示实施例上为圆形的轮廓。另外，从图15中还可以看出，靶极元件48和靶极元件92至104的横截面总是小于电子射束56的变形的横截面和没有变形的横截面，因此，在电子射束56的相应的偏转位置，靶极元件48和靶极元件92至104相应地都被全面积地辐射。如上所述，由于每个焦斑的形状、大小和位置仅仅与被辐射的靶极元件48和靶极元件92至104的形状、大小和位置有关，因此，所得的结果是理想的圆形焦斑。用这样的方式，在根据本发明的装置36上，如果电子射束46采用根据该原理确定的复合所需大偏转角，在焦斑的形状、大小和位置方面也会得到高精度的结果，从而获得特别高的图像质量。
根据本发明装置36的功能原理如下：
为了对试样2进行拍摄检查，根据要求的放大率，选择支架与X射线管靶极42的距离，在该距离处将支架固定。在对试样2进行拍摄检查过程中，X射线管38、试样2和探测器44以彼此相对位置固定的方式布置。
如果需要拍摄检查例如试样2的区域66，则首先利用致偏器使电子射束56指向靶极元件54，从而，在电子以上述方式击中靶极元件54时，产生用来透射区域66的X射线，从而产生透射图像58，并使该图像被探测器接收。为了获得层析照片综合合成方法所要求的不同的透射角(参见图3)，电子射束56通过致偏器发生偏转，以相继击中例如靶极元件52、50、48，以产生透射图像60、62、64。
根据本发明，因为仅通过电子射束56指向不同的靶极元件而改变X射线源相对于试样2的位置，所以，不需要分别机械方式移动X射线源、试样2和探测器44就可以得到根据本发明所要求的不同的透射角。因为可以利用线圈装置使电子射束56偏转，并进而基本没有时滞地完成从一个靶极元件到另一个靶极元件的过渡，所以，可以以已知层析照片综合合成装置所不能达到的极高的速度对试样2进行拍摄检查。此外，因为无需移动受质量影响的部件就能够达到所要求的不同的透射角，所以，根据本发明的装置36在结构上特别简单，因而价格上特别有利，而且坚固耐用。
以专业人员一般熟知的方式，利用计算机层析照片综合合成的算法，对由探测器44接收的透射图像进行分析和图像处理，对此本文不作进一步阐述。
根据本发明，X射线管38的焦斑通过电子射束指向多个靶极元件中的一个靶极元件而定位。在图16中示出了一个被分成A、B、C、D四部分的试样2的相应的焦斑定位顺序。从图16中可以清楚地看出，在图示的实施例中，焦斑总是沿着一个圆形轨道定位。
图17表明按照图16的焦斑定位顺序得出的涉及试样2的A部分的X射线图像顺序。图17中，用位于顶部的黑色三角形示出试样在临近焦斑的平面上的详图，同时，利用灰色的六角形示出试样2在临近焦斑的平面上的详图。对于这样接收的透射图像，可以用上面根据图2所述方式，借助层析照片综合合成的算法进行分析和图像处理，可以对试样2上的瑕疵进行定位。
图18仅举例说明示出了另一种可替代的焦斑定位顺序。其中，图18的左侧为焦斑的曲折形定位，中间是焦斑的螺旋形定位，图18的右侧为焦斑的直线形定位。

Claims (15)

1.一种X射线层析照片综合合成装置，
包括使带电粒子的粒子射束指向靶极的装置，在带电粒子击中所述靶极(42)时，所述靶极发射X射线，以透射被拍摄检查的试样(2)，
其特征在于，
靶极(42)至少有一个载体(46)，在所述载体(46)上布置有多个靶极元件(48-54)，所述靶极元件相互有一定间距，并分别部分地覆盖所述载体(46)，以及，
设有致偏器，粒子射束通过所述致偏器可以偏转，以击中所述靶极元件(48-54)。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述致偏器具有至少一个线圈或线圈装置，和/或，至少有一个静电致偏装置。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的装置，其特征在于，至少在对所述试样进行拍摄检查的过程中，产生粒子射束的粒子源布置为相对于探测器(44)位置固定，所述探测器(44)用来探测拍摄检查试样(2)后的X射线。
4.根据上述权利要求之一所述的装置，其特征在于，至少在对所述试样进行拍摄检查的过程中，被拍摄检查的试样(2)的支架布置为相对于粒子源和/或探测器(44)位置固定。
5.根据上述权利要求之一所述的装置，其特征在于，在所述靶极(42)的俯视图上，所述靶极元件(48-54)基本上具有相同的轮廓。
6.根据上述权利要求之一所述的装置，其特征在于，在所述靶极(42)的俯视图上，所述靶极元件(48-54)基本上是圆形的。
7.根据上述权利要求之一所述的装置，其特征在于，所述靶极(42)为发射靶极。
8.根据上述权利要求之一所述的装置，其特征在于，粒子射束的横截面选择为大于靶极元件(48-54)相应的横截面，使得粒子射束在指向靶极元件(48-54)时总能辐射靶极元件的全面积。
9.根据上述权利要求之一所述的装置，其特征在于，预设有控制器，所述控制器可以控制所述致偏器，使得粒子射束按预定的或可预定的顺序逐个辐射所述靶极元件(48-54)或辐射全部所述靶极元件(48-54)，从而使被辐射的靶极元件(48-54)按预定的或可预定的顺序发射X射线。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述控制器可以下述方式控制致偏器，使得粒子射束每次只辐射所述多个靶极元件(48-54)中的一个靶极元件。
11.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，控制器可下述方式控制致偏器，使得同时至少有两个靶极元件(48-54)被一束粒子射束辐射。
12.根据上述权利要求之一所述的装置，其特征在于，所述载体(46)至少部分地采用导热系数≥10W/(cm×K)最好≥20W/(cm×K)的材料。
13.根据上述权利要求之一所述的装置，其特征在于，基底材料含有金刚石，或者为金刚石。
14.根据上述权利要求之一所述的装置，其特征在于，为提高导电率，基底材料添加有掺杂材料。
15.根据上述权利要求之一所述的装置，其特征在于，所述靶极具有滤波器(82)，所述滤波器(82)能够使在所述靶极元件(48-54)中产生的X射线通过，但至少部分地阻止在所述载体(46)中产生的X射线。
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