CN109752402B - X射线荧光光度计 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于测量由目标（7）发射的X射线荧光的X射线荧光XRF光度计（10），其中XRF光度计（10）包括具有发射发散的X射线波束（3a）的阳极（2）的X射线管（1）、被配置成将发散的X射线波束（3a）聚焦在目标（7）上的毛细管透镜（6）、定位在X射线管（1）的阳极（2）与毛细管透镜（6）之间并且包括至少一个针孔（9a，9b）的孔径系统（4），以及被配置用于检测由目标（7）发射的X射线荧光辐射的检测器（8），其中至少一个针孔（9a，9b）被配置用于插入到发散的X射线波束（3a）中并且用于减小阳极（2）与毛细管透镜（6）之间的发散的X射线波束（3a）的波束截面（5a）。本发明还涉及用于光度计（10）的孔径系统（4）、用于调节光度计（10）的焦深的孔径系统（4）的用途以及用于调节光度计（10）的焦深的方法。

Description

X射线荧光光度计
技术领域
本发明涉及X射线荧光XRF光度计，优选地涉及具有多毛细管X射线光学器件的微XRF光度计，并且涉及用于这样的XRF光度计的孔径系统。本发明还涉及用于设定X射线荧光光度计的焦深的方法，并且涉及根据本发明的孔径系统用于设定XRF光度计的焦深的用途。
背景技术
X射线荧光光度计XRF被广泛地使用在用于材料组成的非破坏性调查的科学和商业应用中。其中使要调查的目标暴露于短波长X射线的入射波束，该短波长X射线的入射波束与能量发散X射线光度计EDX中的入射电子波束相反。响应于入射波束，目标发射可以用于分析目标的元素组成的元素特定荧光辐射。
通常在不同的XRF标准方法之间，即在全反射X射线荧光光度计（TXRF）、掠入射X射线荧光光度计（GIXRF）和微X射线荧光光度计（微XRF微RFA或μ-RFA）之间进行区分，其中后者还可以通过使用多毛细管光学透镜而作为3D-μ-RFA或3D-μ-XRF关于三维激发体积而执行。其中根据本发明的装置和方法可以应用于任何已知的XRF方法，它们特别地适合于微X射线荧光光度计。
典型的XRF设置包括X射线源，其受激辐射可以在被合适的X射线光学器件导向到样品上之前穿过各种滤波器。取决于应用，这样的X射线光学器件可以包括波带片、多毛细管光学器件和组合折射透镜中的一个或多个。多毛细管透镜特别地适合于μ-XRF并且通常包括多个小的中空玻璃管，所述多个小的中空玻璃管布置在阵列中并且每一个经由多次全外反射而引导X射线。
多毛细管透镜一个X射线点源到另一个X射线点源地成像。多毛细管透镜因而可以经由测角器或允许在两个或更多空间方向上枢转光学器件以便对样品光栅化的类似设备而被集成在XRF设备中。在WO 2016023975A1中公开了利用多毛细管透镜的这种扫描X射线设备的示例。
由样品发射的荧光辐射可以在其被导向通过用于分离其中的不同频率成分的光谱分析仪之前穿过另外的滤波器。光谱分析仪可能在检测器上游或被集成到该检测器中，该检测器被配置成提供对应于相应频谱成分的强度的检测器信号。由于每一个所发射的频率信号对应于样品中的某种元素，因此可以基于这些信号而确定这些元素的浓度。
为了允许充足的X射线强度，在用于各种XRF应用的常见光度计中将具有相当高的入口孔径的多毛细管透镜用作X射线光学器件。由于多毛细管透镜的成像特性，这些透镜还要求相当大的出口孔径以用于能够将辐射聚焦在微米范围的斑点上。因此，所发射的辐射的出口孔径角也相当大，并且因而这样的光度计的可用焦深相当低。这在具有较高形貌的样品上（例如在印刷电路板PCB上，其具有多个不同高度的表面安装器件）执行辐射测量时是特别不利的。
因此，本发明的目的是提供如针对某种应用而言必需的那样允许调节X射线荧光光度计的焦深而同时仍旧为各种XRF应用提供充足强度的装置和方法。
发明内容
根据本发明，通过被配置用于响应于入射X射线辐射而测量由目标发射的X射线荧光的X射线荧光XRF光度计，来解决该目的并且克服或至少减少现有技术的缺点。其中，本发明的XRF光度计包括具有被配置用于发射发散的X射线波束的阳极的X射线管。优选地，在第一近似中，阳极类似点源。XRF光度计还包括毛细管透镜，优选地为多毛细管透镜，其被配置成将发散的X射线波束聚焦在目标上。合适的聚焦多毛细管透镜对本领域技术人员而言是已知的，并且其综述可以在以下文章中找到：Carolyn A. MacDonald，“FocusingPolycapillary Optics and Their Applications”，在X-Ray Optics and Instrumentation，第2010卷，文章ID 867049中，其完整内容通过引用并入本文。
根据本发明，XRF光度计还包括孔径系统，其定位在X射线管的阳极与毛细管透镜之间，特别地在X射线管的阳极与毛细管透镜的入口孔径之间。光度计还包括检测器，其被配置用于检测由目标发射的X射线荧光辐射。合适的检测器对于本领域技术人员而言是已知的。根据本发明，孔径系统包括至少一个针孔，其被配置用于插入到发散的X射线波束中并且用于减小阳极与毛细管透镜之间的发散的X射线波束的波束截面。优选地，孔径系统可以被设定到第一状态和第二状态，在第一状态中阳极与多毛细管透镜之间的发散的X射线波束不受阻挡，在第二状态中阳极与多毛细管透镜之间的发散的X射线波束被部分阻挡。其中，发散的X射线波束的截面被优选地从发散的X射线波束的外圆周减小。进一步优选的是，所述至少一个针孔被配置成使得仅发散的X射线波束的内部部分可以穿过所述至少一个针孔。优选地，所述至少一个针孔的形状是圆形或矩形，而也可以利用其它形状的针孔，例如环形形状。
在本发明的XRF光度计内，毛细管、优选地多毛细管光学器件的特定特性被用于有效地调节用于激发目标内的X射线荧光的X射线辐射的焦深。优选地，本发明的光度计的毛细管透镜基本上以对称的方式在图像点（即后焦点）上对点源（例如前焦点）进行成像。其中，毛细管透镜的入口孔径和前孔径角基本上等于其出口孔径及其后孔径角。因此，通过减小入射在毛细管透镜的入口孔径上的初级X射线辐射的波束截面，还减小离开毛细管透镜的X射线辐射的波束宽度。因而，增加焦深，即其中焦点尺寸扩宽至最小焦斑之前和之后的预定值的长度。
有利地，通过调节毛细管透镜前方的波束截面，可以调节所照射的目标处的焦深。本发明的孔径系统因而利用毛细管透镜的限制性成像特性。因此，可能由将孔径系统的所述至少一个针孔插入在阳极与毛细管透镜之间的发散的X射线波束中所引起的任何散射的大部分未被成像到毛细管透镜的后侧，因为经散射的辐射几乎不满足针对毛细管透镜的毛细管内的全外反射的条件。因而，该孔径系统对于毛细管透镜后侧上的针孔照射是有利的。另外，相比于毛细管透镜的内部部分，毛细管透镜的外部部分中的光传导效率更小。因此，焦深方面的增益有利地没有通过强度的损失来补偿。另外，该孔径系统在毛细管透镜前方的集成比多毛细管透镜后方的集成更加容易，这例如由于更大的可用构造空间所致。本发明的光度计还可以被有利地用于能量色散X射线光度计。如以上所描述的，焦深可以通过减小由毛细管透镜发射的X射线波束的波束发散来增加。由于较窄的波束，在样品中触发较少的布拉格反射，并且因而所记录的频谱中的干扰性布拉格峰值衰减。
根据本发明的优选实施例，将毛细管透镜的前焦点放置在光度计的X射线管的阳极处。通过将发散的X射线波束的源放置在毛细管透镜的前焦点处，有利地，透镜的所有毛细管参与X射线的光学透射。进一步优选地，X射线管是微焦管，优选地提供管的阳极处的微米范围内的初级X射线辐射的焦斑。合适的微焦管对于本领域技术人员而言是已知的。特别优选的是，阳极处的初级X射线辐射的焦斑具有在1μm和500μm之间并且进一步优选地在5μm和30μm之间的波束尺寸，即波束截面的直径。包括这样的微焦管的XRF光度计优选地为微XRF光度计。该孔径系统安置在毛细管透镜的前焦点与入口孔径之间，并且模拟可以被视为定位于毛细管透镜的焦点外部的虚拟源。
进一步优选地，毛细管透镜具有遵循以下等式的入口孔径、前焦距和前孔径角。其中，入口孔径对应于透镜的毛细管的光接收侧的区域的直径。前焦距对应于前焦点与入口孔径之间的距离，并且前孔径角是从前焦点行进到透镜的最外毛细管的X射线与透镜的光轴之间围封的角。在根据本发明的光度计中，前焦距优选地对应于入口孔径与阳极之间的距离。
优选地，毛细管透镜还具有遵循以下等式的出口孔径、后焦距和后孔径角。其中，出口孔径对应于透镜的毛细管的光发射侧的区域的直径。后焦距对应于后焦点与出口孔径之间的距离，并且后孔径角是从透镜的最外毛细管行进到后焦点的X射线与透镜的光轴之间围封的角。在该优选实施例中，后焦距对应于出口孔径与目标之间的距离。换言之，目标定位在毛细管透镜的后焦点中。
根据优选实施例，孔径系统且特别地孔径系统的所述至少一个针孔定位在距X射线管的阳极35mm、进一步优选地30mm并且特别优选地25mm的最小距离处。进一步优选地，孔径系统且特别地孔径系统的所述至少一个针孔定位在距毛细管透镜对应于毛细管透镜的焦点前焦距的最大85%、进一步优选地最大90%并且特别优选地95%的最小距离处。进一步优选地，孔径系统且特别地孔径系统的所述至少一个针孔定位在对应于毛细管透镜的前焦距的至少50%、进一步优选地至少60%并且特别优选地至少70%的位置处。初级波束的波束截面的减小有利地越被精确地限定，所述至少一个针孔定位在毛细管透镜的入口孔径处越近。由于X射线管的有限聚焦，更靠近于X射线管的阳极定位所述至少一个针孔不利地增加入口孔径处的准直的边缘模糊。
在进一步优选的实施例中，本发明的孔径系统包括可调节尺寸的至少一个针孔。原则上，可调节尺寸的一个针孔足以用于提供如以上所描述的至少一个针孔的功能，即用于调节光度计的焦深。特别优选地，可调节尺寸的针孔通过具有可调节直径的可变光圈或通过具有可调节尺寸的矩形孔径来形成。其中，可调节尺寸的针孔优选地包括具有被配置用于使穿过整个发散的X射线波束的第一尺寸的第一修改，和具有被减小以用于阻挡发散的X射线波束的部分的第二尺寸的至少一个第二修改。换言之，第一尺寸具有在阳极与毛细管透镜之间的孔径系统的位置处的发散的X射线波束的至少波束宽度的直径。
根据另一特别优选的实施例，孔径系统包括旋转器（revolver），其包括具有不同尺寸的多个针孔。优选地，旋转器被配置成分别基于旋转器的旋转位置而将每一个针孔插入到发散的X射线波束中。可替换地，孔径系统包括滑动器，其包括具有不同尺寸的多个针孔。优选地，滑动器被配置成分别基于滑动器的平移位置而将每一个针孔插入到发散的X射线波束中。其中，所述多个针孔包括具有被配置用于使穿过整个发散的X射线波束的第一尺寸的至少一个第一针孔，以及具有被减小以用于阻挡发散的X射线波束的部分的第二尺寸的至少一个第二针孔。进一步优选地，第一针孔具有在阳极与毛细管透镜之间的孔径系统的位置处的发散的X射线波束的至少波束宽度的尺寸。
进一步优选地，以上实施例的旋转器或滑动器还包括用于在频谱上修改发散的X射线波束的至少一个滤波器，特别优选地，滤波器箔。优选地，至少一个频谱滤波器分别安置在与所述多个针孔之一相同的滑动器平移位置处或相同的旋转器旋转位置处。换言之，设定光度计的焦深的功能性与在频谱上修改初级X射线辐射的进一步功能性集成。在这样的实施例中，优选地，多个针孔中的每一个与多个等同滤波器之一组合。
根据光度计的可替换实施例，至少一个频谱滤波器被优选地分别安置在与所述多个针孔中的每一个相比不同的滑动器平移位置处或不同的旋转器旋转位置处。在这样的实施例中，焦深的调节和频谱修改的功能性由孔径系统单独提供。这样的实施例可能使用在频谱修改被单独地要求用于未经更改的焦深和强度的情况下。
进一步优选地，本发明的XRF光度计（优选地包括如以上所描述的具有不同尺寸的多个针孔的旋转器或滑动器）包括具有用于在频谱上修改发散的X射线波束的至少一个滤波器的附加旋转器或滑动器。因而，关于初级X射线波束的频谱修改的功能性被集成在本发明的孔径系统中作为单独的功能单元。
根据进一步优选的实施例，本发明的XRF光度计包括可移动目标台，其被配置用于接收目标并且用于在X和Y方向上、优选地还在Z方向上移动。用于在一个或多个方向上移动目标或样品台的各种实现方式对于本领域技术人员而言是已知的，可以包括微致动器、线性致动器、压电致动器和/或测角器。进一步优选地，可移动目标台被配置为尖端、倾斜和/或旋转台中的至少一个，例如配置为zeta/xi倾斜台。此外或可替换地，本发明的XRF光度计的X射线源和/或毛细管光学器件优选地被配置成可枢转和/或可移动。特别优选地，本发明的XRF光度计的毛细管光学器件在机械上连接到测角器机构，该测角器机构被配置用于关于至少一个枢转轴枢转毛细管光学器件，如例如在WO 2016/023975 A1中所描述的那样，其全部内容通过引用并入本文。通过为本发明的XRF光度计提供可移动目标台、X射线源和/或X射线光学器件，使得能够实现目标的扫描，例如逐行或逐点扫描。
进一步优选地，本发明的XRF光度计包括被配置用于控制孔径系统的控制单元。其中，控制单元被配置成适配XRF光度计的焦深。控制单元优选地被配置成将所述至少一个针孔之一插入到X射线源的阳极与毛细管透镜之间的初级X射线波束中。其中，控制单元还优选地基于样品的形貌而将所述至少一个针孔之一插入到初级X射线波束中。其中，关于样品的形貌的数据可以从数据库或用户接口被提供给控制单元，或者可以由控制单元通过利用XRF光度计以用于检测样品的形貌来获取。其中，样品的形貌是指样品的粗糙度以及三维样品的总体几何结构和形状。进一步优选地，控制单元被配置用于控制可移动目标台、X射线源和/或X射线光学器件（毛细管光学器件）中的至少一个以用于使得能够实现目标的扫描。进一步优选地，控制单元被配置用于在目标的扫描期间适配XRF光度计的焦深。其中，焦深可以适配于目标（例如表面安装到PCB的微电子组件或油画）的形貌中的局部变化，或适配于目标的形貌中的全局变化，例如适配于三维对象的形状，特别是在其边缘处适配。
本发明的另一方面涉及一种用于具有X射线管和毛细管透镜的X射线荧光光度计的孔径系统。其中，本发明的孔径系统包括至少一个针孔，所述至少一个针孔被配置成定位在X射线管的阳极与毛细管透镜之间，并且还被配置用于减小由阳极发射的发散的X射线波束的波束截面。换言之，本发明的孔径系统包括至少一个针孔，所述至少一个针孔具有小于在阳极与光度计毛细管透镜之间的孔径系统注定安装位置处的XRF光度计的发散的X射线波束的尺寸（例如直径）的尺寸（例如直径）。因而，所述至少一个针孔的尺寸适配于孔径系统在光度计内的安装位置。通过在阳极与毛细管透镜之间的安装位置处将本发明的孔径系统集成到XRF光度计（特别地μ-XRF光度计，包括具有阳极的X射线管和毛细管透镜）中，可以通过改变插入到X射线波束中的针孔的尺寸来调节光度计的焦深。
根据优选实施例，孔径系统且特别地孔径系统的所述至少一个针孔被配置成定位在距X射线管的阳极35mm、进一步优选地30mm并且特别优选地25mm的最小距离处。进一步优选地，孔径系统且特别地孔径系统的所述至少一个针孔被配置成定位在距毛细管透镜对应于毛细管透镜的焦点前焦距的最大85%、进一步优选地最大90%并且特别优选地95%的最小距离处。进一步优选地，孔径系统且特别地孔径系统的所述至少一个针孔被配置成定位在对应于毛细管透镜的前焦距的至少50%、进一步优选地至少60%并且特别优选地至少70%的位置处。初级波束的波束截面的减小被有利地越精确地限定，所述至少一个针孔越靠近毛细管透镜的入口孔径处定位。由于X射线管的有限聚焦，更靠近X射线管的阳极定位所述至少一个针孔不利地增加入口孔径处的准直的边缘模糊。
优选地，孔径系统具有如以上关于根据本发明的光度计的孔径系统所描述的特征。特别优选地，孔径系统还包括旋转器，其包括具有不同尺寸的多个针孔。优选地，旋转器被配置成基于旋转器的旋转位置而分别将每一个针孔插入到发散的X射线波束中。可替换地，孔径系统包括滑动器，其包括具有不同尺寸的多个针孔。优选地，滑动器被配置成基于滑动器的平移位置而分别将每一个针孔插入到发散的X射线波束中。其中，所述多个针孔包括具有被配置用于使穿过整个发散的X射线波束的第一尺寸的至少一个第一针孔，以及具有被减小以用于阻挡发散的X射线波束的部分的第二尺寸的至少一个第二针孔。换言之，第一针孔具有至少初级X射线波束宽度的尺寸，并且第二针孔具有低于孔径系统的注定安装位置处的初级X射线波束宽度的尺寸。
此外或可替换地，本发明的孔径系统包括可调节尺寸的至少一个针孔。其中，可调节尺寸的一个针孔优选地足以用于提供如以上关于光度计所描述的至少一个针孔的功能，即用于调节光度计的焦深。特别优选的是，可调节尺寸的针孔通过具有可调节直径的可变光圈或通过具有可调节尺寸的矩形孔径来形成。其中，可调节的针孔优选地包括具有被配置用于在孔径系统的安装位置处使穿过整个发散的X射线波束的第一尺寸的第一修改，以及具有被减小以用于在孔径系统的安装位置处阻挡发散的X射线波束的部分的第二尺寸的至少一个第二修改。优选地，第一尺寸在孔径系统的安装位置处具有发散的X射线波束的至少波束宽度的直径，并且第二尺寸在孔径系统的安装位置处具有小于发散的X射线波束的波束宽度的直径。
根据优选实施例，孔径系统的旋转器或滑动器还包括用于在频谱上修改发散的X射线波束的至少一个滤波器。其中，至少一个滤波器被分别优选地安置在与所述多个针孔之一相同的滑动器平移位置处或相同的旋转器旋转位置处。换言之，设定光度计的焦深的功能与在频谱上修改初级X射线辐射的另外功能性集成。在这样的实施例中，优选地，多个针孔中的每一个与多个等同滤波器之一组合。
根据孔径系统的可替换实施例，至少一个频谱滤波器被分别安置在与所述多个针孔之一相比不同的滑动器平移位置处或不同的旋转器旋转位置处。在这样的实施例中，例如在其中频谱修改被单独要求以用于未经更改的焦深和强度的情况下，单独提供调节焦深和频谱修改的功能性。进一步优选的是，本发明的XRF光度计（优选地包括具有如以上所描述的不同尺寸的多个针孔的旋转器或滑动器）包括具有用于在频谱上修改发散的X射线波束的至少一个滤波器的附加旋转器或滑动器。因此，频谱修改初级X射线波束的功能性被集成在本发明的孔径系统中作为一个功能单元。
本发明的另一方面涉及一种用于调节X射线荧光XRF光度计的焦深dF的方法，所述光度计至少包括具有发射发散的X射线波束的阳极的X射线管、被配置成将发散的X射线波束聚焦在目标上的毛细管透镜，以及定位在阳极与毛细管透镜之间的孔径系统。其中，孔径系统包括至少一个针孔，优选地孔径系统是如以上所描述的根据本发明的孔径系统。本发明的方法包括将所述至少一个针孔之一插入在X射线管的阳极与毛细管透镜之间的发散的X射线波束中的步骤。
插入所述至少一个针孔中的特定一个减小阳极与毛细管透镜之间的发散的X射线波束的截面。因而，由初级X射线辐射照射的毛细管透镜的入口孔径的截面减小。因此，毛细管透镜的前孔径角α（即由从阳极行进到透镜的最外受照射毛细管的X射线波束与透镜的光轴围封的角）也减小。基于如以上所描述的毛细管透镜的对称成像性质，因此后孔径角β以类似的方式减小。其中，在本发明的方法中，XRF光度计的焦深dF增加。优选地，多毛细管透镜的后孔径角β（优选地总是）等于多毛细管透镜的前孔径角α。
根据优选实施例，本发明的方法还包括基于目标的形貌估计要求的目标焦深的步骤。其中，估计可以是基于先验信息，例如关于结构（例如安装到目标（例如PCB）的聚光器（condenser））的实际高度的信息，或者关于目标的表面粗糙度的信息。可替换地，优选的是，该方法还包括测量目标的形貌的步骤，例如通过使用XRF光度计的初始测量来测量，或者通过使用另一工具（例如电子显微镜）来测量。在本发明的方法的该优选实施例中，基于所估计的或所测量的目标形貌来设定XRF光度计的焦深dF。优选地，光度计的焦深通过将合适的针孔插入到X射线管的阳极与光度计的毛细管透镜之间的初级X射线辐射中来设定，如以上所描述的那样。
根据进一步优选的实施例，本发明的方法还包括在X和Y方向中的至少一个上扫描目标的步骤，优选地还在Z方向上扫描。其中，优选地经由通过控制单元控制的可移动目标台、X射线源和/或X射线光学器件来使得能够实现目标的逐行或逐点扫描，所述控制单元被配置用于目标的扫描。在本发明的方法中，在沿目标的这种扫描测量中，优选地，在扫描目标的同时适配XRF光度计的焦深dF。换言之，在目标的单个扫描过程中，光度计的焦深跨目标而变化。其中，光度计的焦深的变化优选地取决于样品的形貌数据而执行。换言之，优选地针对目标的扫描方案的每一个点、每一行或每一个区来估计要求的目标焦深，并且分别基于针对扫描方案的每一个点、每一行或每一个区所相应估计或测量的目标形貌而设定XRF光度计的焦深。因而，沿目标在每一个位置处关于合适的焦深而测量目标。
本发明的另一方面涉及用于调节X射线荧光XRF光度计的焦深的本发明的孔径系统的用途。其中，XRF光度计包括具有发射发散的X射线波束的阳极的X射线管，以及被配置成将发散的X射线波束聚焦在目标上的毛细管透镜。根据本发明，在定位于X射线管的阳极与多毛细管透镜之间的同时使用包括至少一个针孔的孔径系统，所述至少一个针孔被配置用于减小发散的X射线波束的波束截面，即具有适配于孔径系统的安装位置的尺寸。
本发明的另一方面涉及一种计算机程序，其配置数据处理装置以便在加载到数据处理装置的存储器元件中之后执行如以上所描述的用于调节XRF光度计的焦深的方法。数据处理装置优选地连接到如以上所描述的XRF光度计和/或孔径系统。进一步优选地，本发明涉及具有如以上所描述的存储在其上的计算机程序的计算机可读存储器元件，特别地具有在被加载到如以上所描述的数据处理装置的存储器元件之后允许数据处理装置执行如以上所描述的用于调节焦深的方法的计算机程序。
本文所描述的根据本发明的实施例的电子或电学设备和/或任何其它相关设备或组件，除了被明确描述为硬件的那些之外，可以利用任何合适的硬件、固件（例如专用集成电路）、软件或软件、固件和硬件的组合来实现。例如，这些设备的各种组件可以形成在一个集成电路（IC）芯片上或分离的IC芯片上。另外，这些设备的各种组件可以实现在柔性印刷电路膜、带载体封装（TCP）、印刷电路板（PCB）上，或形成在一个衬底上。本文所描述的电学连接或互连可以通过例如PCB或另一种电路载体上的导线或传导元件来实现。传导元件可以包括金属化物，例如表面金属化物和/或引脚，和/或可以包括导电聚合物或陶瓷。另外的电能可以经由无线连接传输，例如使用电磁辐射和/或光。
另外，这些设备的各种组件可以是在一个或多个处理器上、在一个或多个计算设备中运行、执行计算机程序指令并且与其它系统组件交互以用于执行本文所描述的各种功能性的进程或线程。计算机程序指令存储在存储器中，该存储器可以通过使用标准存储器设备（诸如例如随机存取存储器（RAM））实现在计算设备中。计算机程序指令还可以存储在其它非暂时性计算机可读介质中，诸如例如CD-ROM、闪速驱动器等。
而且，本领域技术人员应当认识到，各种计算设备的功能性可以组合或集成到单个计算设备中，或者特定计算设备的功能性可以跨一个或多个其它计算设备分布而不脱离本发明的示例性实施例的范围。
本发明另外的方面和优选实施例由从属权利要求、附图和附图的以下描述得到。如果没有另行陈述，则不同的所公开的实施例与彼此有利地组合。
附图说明
通过参考随附各图的示例性实施例的详细描述，本发明的特征对本领域技术人员而言变得清楚，其中：
图1示出根据实施例的XRF光度计的示意性图示；
图2示出根据实施例的XRF光度计中的波束路径的示意性截面图示；
图3示出所要求保护的方法中的毛细管透镜的入口孔径的变化与对XRF光度计的焦深的影响之间的关系；
图4示出（A）利用根据现有技术的XRF光度计和（B）利用根据本发明的XRF光度计获取的被表面安装到印刷电路板PCB的各种微电子器件的图片；以及
图5示出利用XRF光度计获取的3维对象的图片，特别地（A）3D对象的全体、（B）具有标准焦深的3D对象的细节、以及（C）具有已经根据本发明的方法适配的焦深的3D对象的相同细节的图片。
具体实施方式
现在将详细参考实施例，在随附各图中图示其示例。将参照随附各图来描述示例性实施例的效果和特征及其实现方法。在各图中，相同的参考标记标示相同的要素，并且省略冗余的描述。然而，本发明可以以各种不同的形式体现，并且不应当被解释为仅限于本文所说明的实施例。而是，这些实施例被提供为示例，使得本公开将是透彻且完整的，并且将向本领域技术人员充分地传达本发明的各方面和特征。
相应地，可能未描述未被视为对使得本领域普通技术人员得到本发明的各方面和特征的完整理解而言必要的过程、元件和技术。
如本文所使用的，术语“和/或”包括相关联列出的项目中的一个或多个中的任何和全部组合。另外，当描述本发明的实施例时“可以”的使用是指“本发明的一个或多个实施例”。在本发明的实施例的以下描述中，单数形式的术语可以包括复数形式，除非上下文清楚地另行指示。
将理解到，尽管术语“第一”和“第二”用于描述各种元件，但是这些元件不应当受这些术语限制。这些术语仅仅用于区分一个元件和另一元件。例如，第一元件可以被称为第二元件，并且类似地，第二元件可以被称为第一元件，而不脱离本发明的范围。诸如“……中的至少一个”之类的表述，当在元件列表前面时，修饰元件的整个列表并且不修饰列表的各个元件。
如本文所使用的，术语“基本上”、“大约”和类似术语被用作近似的术语，而不是作为程度的术语，并且意图计及将被本领域普通技术人员认识到的测量或计算值中的固有偏差。另外，如果术语“基本上”与可以使用数值来表述的特征组合使用，术语“基本上”标示以该值为中心的该值的+/-5%的范围。
图1和2示出根据实施例的微XRF光度计10的示意性图示以及其中的X射线波束路径的截面示意性图示。
XRF光度计10包括具有发射发散的初级X射线波束3a的阳极2的微聚焦X射线管1。发散的初级X射线波束3a的外部部分在X射线管1的外部被以旋转器4的形式的孔径系统阻挡，旋转器4包括具有不同尺寸的多个针孔9a、9b。其中，将初级X射线波束3a传递成具有减小的波束截面5a的发散的X射线波束。该减小的波束截面5a等于或小于随后的多毛细管透镜6的入口孔径11。阳极2处的微聚焦X射线管1的焦点定位于多毛细管透镜6的前焦点中。
多毛细管透镜6将具有减小的截面5a的发散的X射线波束聚焦在目标7上，目标7可以在X、Y和Z方向上通过光度计10的可移动样品台（未示出）来移动。其中，可移动样品台优选地包括微致动器。可替换地，包括X射线源1、孔径单元4和多毛细管透镜6的功能单元至少在X和Y方向上、优选地还在Z方向上可移动。其中，功能单元可以经由测角器至少关于X和Y方向枢转。通过提供这样的可枢转和/或可移动的功能单元和这样的可移动目标中的至少一个，使得能够实现系统的逐点扫描。
然后通过检测器8测量由样品7响应于入射X射线发射的X射线荧光辐射以及已经被样品7散射或衍射的具有减小的截面5b的入射会聚X射线波束的部分，检测器8将对应的检测器信号传递至合适的电子评估单元（未示出）。通过组合样品7的移动和由样品7发射的辐射的检测，在成像和/或光谱测定方法中利用光度计10确定样品7的各种性质。
如在本发明的光度计10内的图2的截面示意性波束路径中可以看到的，通过将旋转器4的多个针孔9a、9b中的特定针孔9a插入到初级发散的X射线波束3a中，初级发散的X射线波束3a减小到具有减小的截面5a的发散的X射线波束，其仅照射多毛细管透镜6的入口孔径11的减小区域。因此，在光轴13与具有减小的波束截面5a的发散的X射线波束的最外射线之间围封的前孔径角α也减小。类似地，仅多毛细管透镜6的出口孔径12的减小区域发射（透射）X射线波束，使得通过将针孔9A定位在初级发散的X射线波束3a中，离开多毛细管透镜6的会聚的初级X射线波束3b的截面也减小到会聚的X射线波束5b。
以放大的详细图示在图2中示出多毛细管透镜6的后焦点。其中，指示两个焦距dF，每一个对应于后焦点周围的范围，在所述范围中相应X射线波束的焦宽关于后焦点处的相应X射线波束的最小焦宽加倍。如图2中所图示的，初级会聚的X射线波束3b的焦距dF3小于具有减小的波束截面5b的会聚的X射线波束的焦距dF5。将针孔9a插入到初级发散的X射线波束3a中因而增加焦深。
以下的表1示出针对基于如图2中所示的波束路径的模拟的计算值。其中，多毛细管透镜6的入口孔径11与X射线管1的阳极2之间的前焦距固定到50mm，并且多毛细管透镜6的出口孔径12之间的后焦距固定到10mm。不同于图2中的图示，后焦点处的最小焦宽等于20μm而与所示孔径无关。在这方面，图2的图示仅仅是说明性示例。
如表1中所示，已经将焦深限定为其中焦宽加倍（2xFWHM）的后焦点周围的范围的长度。表1的数的相关计算基于以与入口孔径11相同的比率改变多毛细管透镜6的出口孔径12的假设而进行。表1的各列示出在没有针孔被插入在发散的初级X射线波束3a中的情况下和在各种尺寸的针孔9a、9b被插入其中的情况下针对入口孔径的数。在表1中，针孔通过它们将入口孔径11减小到的尺寸来指示。
如从表1的数可以导出的，在没有针孔在X射线波束3a中的情况下，多毛细管透镜6的入口孔径11等于7mm，其等于多毛细管透镜6的直径。通过将不同的针孔9a、9b插入到初级X射线波束3a中以用于减小波束截面，入口孔径11分别减小到3mm、2mm、1mm和0.5mm。从表1中所示的数可以看到，已经通过由旋转器4的针孔9a、9b减小X射线波束5a的截面来减小以与入口孔径11相同的因子增加的焦深的长度。
表1。
图4示出具有表面安装到其的各种微电子器件的印刷电路板PCB的两张图片。这些图片二者利用Bruker Nano的“M4 TORNADO”微-XRF光度计来获取。该微-XRF光度计被特别地设计用于诸如印刷电路板之类的平坦样品的XRF测量。
利用该光度计在标准配置中，即在毛细管透镜的完整入口孔径被初级X射线辐射照射的情况下，获取图4（A）的图片。相反，利用配备有根据本发明的实施例的孔径设备的光度计获取图4（B）的图片，其中毛细管透镜的入口孔径通过被引入到X射线管的阳极与毛细管透镜之间的初级发散的X射线辐射中的针孔而减小到1mm。
在图4（A）、（B）的图片二者中，将入射X射线激发辐射的焦点设定到PCB的水平。在如图4（A）中所示的利用标准工具设置获取的图片中，表面安装到PCB的微电子器件的图像随着距PCB的距离增加而快速模糊。示例性地，不能容易地识别微电子器件与PCB之间的布线。然而在利用根据本发明的设置获取的图4（B）的图像中，焦深dF显著增加，使得几乎所有的微电子器件从其安装到PCB的底部到其顶部锐利地成像。另外，可以在图4（B）的图片中清楚地识别布线，所述布线例如连接右上角中所示的微电子器件和PCB。因此，通过应用本发明的孔径系统获取的改进在图4（A）和（B）中清楚可见。
图5示出3维对象的图片，特别地已经利用Bruker Nano的“M6 Jetstream”大面积微X射线荧光光度计获取的具有近似150mm高度的绘制的木质十字架的图片。该微-XRF光度计被特别地设计用于大样品的非破坏性元素分析，并且包括可以倾斜以用于允许样品经由包括X射线源管和毛细管光学器件的可移动扫描头被水平地或竖直地扫描的测量装备。
已经利用该光度计在标准配置中，即在毛细管透镜的完整入口孔径被初级X射线辐射照射的情况下，获取如图5（A）中所示的十字架的整体以及如图5（B）中所示的十字架的细节。相反，利用配备有根据本发明的实施例的孔径设备的光度计获取如图5（C）中所示的十字架的相同细节。其中，已经将具有500μm直径的针孔引入到X射线管的阳极与毛细管透镜之间的初级发散的X射线辐射中。
如图5（A）中所图示的，在十字架的绘图内区分四种不同的元素，即铅、铁、铜和汞。已近在没有附加针孔在初级X射线辐射内的情况下，在12h内分析了由图5（B）中所示的细节发射的X射线荧光。然而，由于塑像右臂的三维形状，其不能被正确地聚焦并且因而铜和汞的分布以较低的细节被解析。已经在500μm直径的附加针孔被插入在X射线管的阳极与多毛细管透镜之间的初级X射线辐射中的情况下，在72h内通过检测塑像的X射线荧光获取了图5（C）的图片。如可以在图5（B）中看到的，记录的焦深显著增加，并且因而以更多细节解析元素铜和汞的分布。因而，可以从图5（A）、（B）和（C）清楚地获取通过本发明的光度计、孔径系统和方法获取的优点。
参考标记
1 X射线管
2 （X射线管的）阳极
3a 发散的初级X射线波束
3b 会聚的初级X射线波束
4 孔径系统
5a 具有减小的波束截面的发散的X射线波束
5b 具有减小的波束截面的会聚的X射线波束
6 毛细管透镜
7 目标
8 检测器
9a；9b 针孔
10 XRF光度计
11 入口孔径
12 出口孔径
13 光轴
dF3，dF3 焦距

Claims (10)

1.用于测量由目标(7)发射的X射线荧光的X射线荧光XRF光度计(10)，所述XRF光度计(10)包括：
具有发射发散的X射线波束(3a)的阳极(2)的X射线管(1)；
被配置成将发散的X射线波束(3a)聚焦在目标(7)上的毛细管透镜(6)；
定位在X射线管(1)的阳极(2)与毛细管透镜(6)之间并且包括至少一个针孔(9a，9b)的孔径系统(4)；以及
被配置用于检测由目标(7)发射的X射线荧光辐射的检测器(8)，
其中所述至少一个针孔(9a，9b)被配置用于插入到发散的X射线波束(3a)中并且用于减小阳极(2)与毛细管透镜(6)之间的发散的X射线波束(3a)的波束截面(5a)；
其中所述XRF光度计还包括控制单元，被配置用于通过经由孔径系统(4)控制发散的X射线波束(3a)的波束截面(5a)，来适配所述XRF光度计的焦深dF，
其中控制单元还被配置用于基于目标(7)的形貌和/或在X和Y方向中的至少一个上扫描目标(7)的同时适配所述XRF光度计(10)的焦深dF。
2.权利要求1所述的XRF光度计(10)，其中将毛细管透镜(6)的前焦点放置在阳极(2)处。
3.权利要求1或2所述的XRF光度计(10)，其中X射线管(1)是微聚焦管和/或其中XRF光度计(10)是微XRF光度计。
4.权利要求1或2所述的XRF光度计(10)，
其中毛细管透镜(6)具有遵循以下等式的入口孔径(11)、前焦距和前孔径角α：并且其中，前焦距对应于入口孔径(11)与阳极(2)之间的距离，和/或
其中毛细管透镜(6)具有遵循以下等式的出口孔径(12)、后焦距和后孔径角β：并且其中后焦距对应于出口孔径(12)与目标(7)之间的距离。
5.权利要求1或2所述的XRF光度计(10)，其中孔径系统(4)包括可调节尺寸的至少一个针孔(9a，9b)。
6.权利要求1或2所述的XRF光度计(10)，其中孔径系统包括旋转器(4)或滑动器，所述旋转器(4)或滑动器每一个具有不同尺寸的多个针孔(9a，9b)，所述多个针孔(9a，9b)每一个被配置用于单独地插入到发散的X射线波束(3a)中。
7.权利要求6所述的XRF光度计(10)，其中旋转器(4)或滑动器还包括用于在频谱上修改发散的X射线波束(3a)的至少一个滤波器。
8.权利要求6所述的XRF光度计(10)，还包括具有用于在频谱上修改发散的X射线波束(3a)的至少一个滤波器的附加旋转器或滑动器。
9.用于调节X射线荧光XRF光度计(10)的焦深dF的方法，所述XRF光度计(10)包括具有发射发散的X射线波束(3a)的阳极(2)的X射线管(1)、被配置成将发散的X射线波束(3a)聚焦在目标(7)上的毛细管透镜(6)、定位在X射线管(1)的阳极(2)与毛细管透镜(6)之间并且包括至少一个针孔(9a，9b)的孔径系统(4)、以及被配置用于控制孔径系统并用于执行以下步骤的控制单元：
将所述至少一个针孔(9a，9b)之一插入在阳极(2)与毛细管透镜(6)之间的发散的X射线波束(3a)中；
利用所述至少一个针孔(9a，9b)之一减小发散的X射线波束(3a)的截面和毛细管透镜(6)的前孔径角α；
增加XRF光度计(10)的焦深dF；
基于目标(7)的形貌估计要求的目标焦深；以及
基于所估计的目标焦深设定XRF光度计(10)的焦深dF。
10.权利要求9所述的方法，控制单元还执行以下步骤：
在X和Y方向中的至少一个上扫描目标(7)；以及
在扫描目标(7)的同时适配XRF光度计的焦深dF。
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