KR20190015531A - 엑스선 현미경 관찰을 위한 방법 및 장치 - Google Patents

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실비아 지아 윤 루이스
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스리바찬 세샤드리
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Abstract

본 개시는 물체의 마이크로 또는 나노 스케일 영역의 선택적인 방사를 제공하기 위해 마이크로 또는 나노 스케일 빔 강도 프로파일을 갖는 마이크로 빔의 어레이를 이용한 엑스선 현미경 관찰을 위한 시스템을 제공한다. 어레이 검출기는 검출기의 각 픽셀이 단일 마이크로 또는 나노 빔에 대응하는 엑스선을 검출하기만 하도록 위치된다. 이는, 각각의 엑스선 검출기 픽셀로부터 발생하는 신호가 방사되는 특정 제한된 마이크로 또는 나노 스케일 영역으로 식별되게 하고, 마이크로 또는 나노 스케일로 물체의 샘플링되는 전달 영상이 더 큰 사이즈 및 스케일의 픽셀을 가지는 검출기를 사용하는 동안 생성되게 한다. 횡방향 해상도가 마이크로 또는 나노 빔의 치수에 의해서만 제공되므로, 따라서 보다 높은 양자 효율을 갖는 검출기가 사용될 수 있다. 마이크로 또는 나노 스케일 빔은 배열 엑스선 소스 또는 톨보트 간섭 무늬의 세트를 이용하여 생성될 수 있다.

Description

엑스선 현미경 관찰을 위한 방법 및 장치
본 명세서에 개시된 실시예들은 엑스선을 이용한 현미경 시스템(microscopy systems)에 관한 것으로, 구체적으로, 물체의 다양한 구조적 및 화학적 특성을 결정하기 위해 물체로 방사하는 주기적인 마이크로 빔 시스템(system of periodic micro-beams)을 이용하는 측정, 특성화(characterization) 및 분석 시스템에 관한 것이다.
이미징 광학계(imaging optics)를 이용하는 종래의 엑스선 현미경(x-ray microscopes)은 엑스선 광학장치(x-ray optics)(예를 들어, 존 플레이트(zone plates))의 해상도 및/또는 검출기의 픽셀 크기의 해상도에 의해 일반적으로 제한된다. 투영-기반 시스템(projection-based systems)의 경우, 해상도는 엑스선 소스의 크기 및 검출기의 한정된 픽셀 크기에 의해 제한된다. 존 플레이트를 사용하는 일부 상업적 엑스선 현미경 시스템(x-ray microscope system)은 100 nm 미만의 해상도를 가짐에도 불구하고, 이러한 시스템은 매우 제한된 시야(field of view)를 가진다. 투영 기반 엑스선 현미경은 1 미크론(micron) 보다 우수한 해상도를 갖는 적당한(reasonable) 시야를 제공하지만, 적당한 신호 대 잡음비(signal-to-noise ratio)를 위한 획득 시간(acquisition times)이 매우 길다는 경향이 있으며, 이러한 경향은 많은 적용예들에서 실제적으로 기술을 쓸모 없게 만든다. 따라서, 1 미크론보다 작은 해상도를 갖는 반면에 또한 큰 시야를 갖는, 엑스선 현미경은 기술을 실현하기에 충분히 짧은 통합 시간으로 영상을 생성하는 데 어려움이 있다.
따라서, 고해상도 및 큰 시야 모두를 제공할 수 있는 고해상도 현미경 시스템이 필요하다.
본 개시는 물체(object)의 마이크로(micro-) 또는 나노 스케일 영역(nano-scale regions)의 선택적인 방사(selective illumination)를 제공하기 위해 마이크로 또는 나노 스케일 빔 강도 프로파일(beam intensity profile)을 갖는 마이크로 빔(micro-beams having)의 어레이(array)를 이용한 엑스선 현미경 관찰(x-ray microscopy)을 위한 시스템을 제공한다. 어레이 검출기(array detector)는 검출기의 각 픽셀(pixel)이 단일 마이크로 빔(single microbeam)에 대응하는 엑스선(x-rays)을 검출하기만 하도록 위치되며, 각각의 엑스선 검출기(x-ray detector)로부터 발생하는 신호가 방사되는(illuminated) 특정 제한된 마이크로 또는 나노 스케일 영역으로 식별되게 한다. 따라서, 마이크로 또는 나노 스케일로 검사하에서, 더 큰 사이즈 및 스케일의 픽셀을 가지는 검출기를 사용하는 동안에, 물체의 샘플링 전달 영상들(Sampled transmission images)이 생성될 수 있다.
일부 실시예에서, 마이크로 또는 나노 스케일 빔은 톨보트 간섭 무늬(Talbot interference fringes)의 세트(set)를 생성하는 것에 의해 제공될 수 있으며, 이는 공간 내에서 전파되는(propagating) 미세 엑스선 마이크로 빔(fine x-ray micro-beams)의 세트를 생성할 수 있다. 일부 실시예에서, 마이크로 또는 나노 빔(nanobeams)의 어레이는 종래의 엑스선 소스 및 엑스선 이미징 엘리먼트(imaging elements)(예를 들어, 엑스선 렌즈)의 어레이에 의해 제공될 수 있다.
일부 실시예에서, 검출기 및 물체 모두는 톨보트 안티 노드(Talbot anti-nodes)의 세트에 대해 동일하게 정의된 "초점 심도(depth-of-focus)"(DOF) 범위 내에 배치된다. 일부 실시예에서, 물체는 엑스선 빔 전파에 대해 수직인 x 및 y 방향으로 변경(translation)을 허용하는 마운트 (mount)상에 위치되며, 미세한 스케일(microscopic scale)의 "스캔된(scanned)" 전달 영상(transmission image)이 모이게(assembled) 된다. 일부 실시예에서, 물체는 미세한 스케일의 데이터의 수집이 라미노그래픽(laminographic) 또는 단층 촬영 영상 재구성(tomographic image reconstruction)을 위해 사용되게 하는, 엑스선 빔 전파 방향에 대해 미리 결정된 각도로 축에 대해 회전을 하게 하는 마운트 상에 위치된다.
일부 실시예에서, 추가적인 마스킹 층(additional masking layers)이 빔 경로 내에 삽입되어, 선택된 수의 마이크로 빔을 차단할 수 있으며, 나머지 마이크로 빔에 대해 더 큰 픽셀 크기를 갖는 덜 비싼 검출기를 사용하게 한다. 일부 실시예에서, 마스킹 층의 사용은 또한 나머지 마이크로 빔에 대한 향상된 검출 효율을 갖는 검출기를 사용하게 한다.　이러한 마스킹 층은, 물체 및 검출기 사이에서, 검사될 물체의 전면에 배치될 수 있거나, 또는 검출기 구조 자체의 일부로서 설계될 수 있다.
도 1A는 본 발명의 일부 실시예에서 사용될 수 있는 마이크로 빔의 어레이를 제공하는 엑스선 이미징 시스템(x-ray imaging system)의 개략도를 도시한다.
도 1B는 도 1A의 엑스선 이미징 시스템의 단면도를 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 대한 마이크로 빔의 어레이로서 사용된 1:1 듀티 사이클 흡수 격자(duty cycle absorption grating) G로부터의 톨보트 간섭 무늬 패턴(Talbot interference fringe pattern)의 사용을 도시한다.
도 3A는 본 발명의 일부 실시예로 사용된 마이크로 빔, 물체 및 검출기의 개략도를 도시한다.
도 3B는 도 3A의 실시예의 마이크로 빔, 물체 및 검출기의 개략적인 단면도를 도시한다.
도 3C는 도 3A 및 3B의 실시예의 변형(variation)에 대한 마이크로 빔, 물체 및 검출기의 개략적인 단면도를 도시하며, 검출기 어레이의 일부는 활성 엘리먼트들(active elements)이고, 다른 일부는 비활성(inactive) 엘리먼트들이다.
도 4는 톨보트 간섭 무늬로부터 마이크로 빔을 생성하기 위한 빔 분할 격자(beam-splitting grating) G1를 이용한 현미경 시스템의 개략도를 도시한다.
도 5는 본 발명의 일부 실시예들에서 사용되는 특정 빔 분할 격자를 이용하여 형성될 수 있는 마이크로 빔 강도 패턴(micro-beam intensity pattern)의 단면을 도시한다.
도 6A는 본 발명의 일부 실시예들에서 사용될 수 있는 한 쌍의 위상 시프트 격자들(phase-shifting gratings)에 대한 뷰(view)를 도시한다.
도 6B는 도 6A의 위상 시프트 격자들의 쌍에 의해 생성될 수 있는 유효한 위상 시프트를 도시한다.
도 7은 본 발명의 일부 실시예들에서 사용될 수 있는 π 위상 시프트 격자 (π phase shifting grating)의 뷰를 도시한다.
도 8은 검사 하에서 물체의 전면에 배치된 마스크를 가지는 본 발명의 일 실시예에 따른 현미경의 개략도를 도시한다.
도 9A는 도 8의 실시예의 마이크로 빔, 물체 및 검출기의 개략도를 도시한다.
도 9B는 도 8의 실시예의 마이크로 빔, 물체 및 검출기의 개략적인 단면도를 도시한다.
도 10은 신틸레이터 검출기(scintillator detector)를 포함하는 실시예의 마이크로 빔, 물체 및 검출기의 개략적인 단면도를 도시한다.
도 11은 신틸레이터 검출기 및 신틸레이터 이미징 시스템(scintillator imaging system)을 포함하는 실시예의 마이크로 빔, 물체 및 검출기의 개략적인 단면도를 도시한다.
도 12는 검사 중인 물체 및 검출기 사이에 배치된 마스크를 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 현미경의 개략도를 도시한다.
도 13A는 도 12의 실시예의 마이크로 빔,물체 및 검출기의 개략도를 도시한다.
도 13B는 도 12의 실시예의 마이크로 빔, 물체, 및 검출기의 개략적인 단면도를 도시한다.
도 14는 검출기 및 신틸레이터에서 마스크를 포함하는 실시예의 마이크로 빔, 물체, 및 검출기의 개략적인 단면도를 도시한다.
도 15는 검출기 및 신틸레이터 및 신틸레이터 이미징 시스템에서 마스크를 포함하는 실시예의 마이크로 빔, 물체, 및 검출기의 개략적인 단면도를 도시한다.
도 16은 복수의 검출기를 포함하는 실시예에 대한 마이크로 빔, 물체, 및 검출기의 개략적인 단면도를 도시한다.
도 17A는 본 발명의 일 실시예에 따른 현미경 데이터를 수집하기 위한 방법의 단계들의 일부를 나타낸다.
도 17B는 본 발명의 일 실시예에 따른 현미경 데이터를 수집하기 위한 도 17A의 방법의 단계들의 연속을 나타낸다.
본 출원에 개시된 도면의 예시는 본 발명의 원리 및 기능만을 예시하기위한 것이며, 스케일로 도시되지 않았다. 다양한 실시 예의 엘리먼트의 치수(예를 들어, 엑스선 소스 치수 a, 격자 주기 p0, p1, p2 등) 및 이들 사이의 관계에 관한 임의의 특정 세부 사항에 대해서는 명세서의 텍스트 내 설명을 참조하길 바란다.
1.　마이크로 빔의 어레이를 갖는 이미징 장치
도 1A는 마이크로 빔의 어레이를 형성하는 것을 포함하는 본 발명의 간단한 실시예를 도시한다. 엑스선 생성 재료(704)의 구조를 포함하는 영역(1001)을 포함하는 타겟(target)(1000)에 충격을 가하는(bombard) 전자(111)를 생성하는 전자 이미터(electron emitter)(011)를 포함하는 어레이 소스(arrayed source)(004)이다. 이러한 예시에서, 엑스선의 서브 소스(sub-sources)들인 4 개의 재료 구조들(704)이 어레이로 배열되어 도시되며, 타겟이 임의의 개수의 소스 포인트들을 포함할 수 있고, 이들 소스 포인트로 구성될 수 있음에도 불구하고, 임의의 개수가 사용될 수 있다.
전자(111)에 의해 충격이 가해질 때, 엑스선 생성 재료(704)의 4 개의 구조는, 타겟으로부터 떨어져서 전파되는 엑스선(888)을 생성한다. 도시된 실시예에서, 이러한 엑스선(888)은 공간 내 미리 결정된 영역(2001)에서 엑스선 어레이 영역(1001)의 영상을 형성하는, 포커스된(focused) 엑스선(888 -F)으로 파형을 변환하는 엑스선 광학 시스템(x-ray optical system)(3300)에 진입한다(enter). 이러한 광학 시스템은 내부 쿼드면(inner quadric surface)을 갖는 모세관(capillary), 또는 보다 복잡한 멀티 엘리먼트 이미징 시스템(multi-element imaging system)과 같은 단순한 엑스선 포커싱 엘리먼트(x-ray focusing element)일 수 있다. 이 경우, 4 개의 엑스선 소스 포인트(x-ray source points)들에 대해, 영상은 4 개의 스폿(spots)들(282-F)을 포함할 것이며, 각각은 원래의 엑스선 생성 소스 포인트(original x-ray generating source point)의 크기 및 광학 시스템(3300)의 확대(magnification)와 관련된 직경(diameter)을 가지고, 엑스선 광학 시스템의 엑스선 파장 및 개구 수 (NA: numerical aperture)의 제곱(square)과 일반적으로 관련된, 광학 시스템의 초점 심도에 의해 정의된 길이를 가진다.
도 1B는 수렴 엑스선 필드(converging x-ray field)(888-F)의 단면도를 도시하며, 이러한 포인트에서 마이크로 빔(888-M)을 형성하는 것을 도시한다. 공간 내 이러한 위치에, 검사될 물체(240-W)를 배치하는 것에 의해, 마이크로 빔들(888-M)은 마이크로 빔(888-M)의 직경을 갖는, 특정 공간적으로 정의된 포인트들(282-F)에서 물체로 방사하며, 상기 마이크로 빔(888-M)의 직경은, 광학 시스템(3300)의 원래의 엑스선 소스 포인트의 크기, 엑스선 파장 및 특성(NA, 확대(Magnification))에 의해 결정된다. 마이크로 빔들(888-M)의 피치에 매칭되는 피치 및 초점 심도 내 위치를 가지는 픽셀(291)을 갖는 엑스선 검출기(290)를 배치시키는 것에 의해, 이에 따라 각각의 픽셀에 의해 검출되는 엑스선은 하나의 마이크로 빔만이 제공된다. 따라서, 생성된 전체 신호는 훨씬 더 작은 방사 스폿(282-F)만의 엑스선 전달을 나타낸다.　예로서, 1 미크론의 마이크로 빔 직경에 대해, 마이크로 빔들 사이의 피치가 검출기 픽셀 피치에 대해 더 크거나 같을 때, 25 미크론만큼 큰 검출기 픽셀은 단일 마이크론 직경 스폿에 대한 정보를 제공할 수 있다.
이러한 시스템은 각각의 마이크로 빔에서 샘플 포인트(sample points)들을 나타내는 검출기로부터 배열 포인트들의 세트를 생성할 것이다. 일부 적용에 있어서, 물체를 통한 엑스선 전달의 이러한 샘플링은 충분할 수 있다. 다른 경우에, 물체의 상대적 위치 및 마이크로 빔의 어레이는 x 및 y 치수로 스캔되어, 물체의 스캔된 "맵(map)"을 생성할 수 있다. 각각의 데이터 포인트는 더 작은 마이크로 빔에 의해 생성된 정보를 나타내며, 저해상도 픽셀 검출기를 이용한 고해상도 영상이 달성될 수 있다. 구조화된 방사에 대한 이러한 스캔 기술은 현재 펜딩 중인(co-pending) "구조화된 방사를 이용하는 엑스선 기술(X-RAY TECHNIQUES USING STRUCTURED ILLUMINATION)"이라는 명칭을 가진 미국 특허 출원 제15/173,711 호(2016년 6월 5일 출원됨), 및 "멀티 마이크로 빔을 이용한 엑스선 측정 기술(X-RAY MEASUREMENT TECHNIQUES USING MULTIPLE MICRO-BEAMS)"이라는 명칭을 가진 미국 특허 가출원(Provisional Patent Application) 제62/401,164호에서 추가로 기재되어 있으며, 상기 특허출원들 모두는 본원에 참고로 포함된다.
상기 예는 엑스선 소스 어레이 및 이미징 광학계(imaging optics)를 이용하여 마이크로 빔의 어레이를 형성하는 하나의 방법을 나타낸다. 원리를 설명하기 위한 기능임에도 불구하고, 이러한 접근법은 엑스선 광학 시스템의 시야에 의해 제한되며, 본 발명의 다양한 실시예들은 물체로 방사하기(illuminating) 위해 사용되는 마이크로 또는 나노 스케일 엑스선 빔의 어레이를 생성하는 임의의 개수의 기술들을 사용할 수 있다.
2.　마이크로 빔의 어레이로서 톨보트 무늬(Talbot Fringes)
톨보트 간섭 무늬(Talbot interference fringes)는 마이크로 빔의 유효 어레이로 엑스선을 향하게 하는 고효율적인 방법일 수 있다. (전형적으로 구조적인 간섭의 영역으로 정의된) 톨보트 안티 노드의 유효한 횡방향 치수는, 무늬(fringes)를 설정하기 위한 적절한 빔 분할 격자를 이용하여 20 nm만큼 작도록 매우 작게 만들 수 있으며, 반면에 톨보트 간섭 패턴의 전체 간섭 필드는 수 cm2의 면적(area)을 커버할 수 있다.　 전달(transmission)시 조사 중인 물체로 방사하기 위해 사용될 때, 톨보트 간섭 패턴은 어레이 검출기를 이용하여 검출 및 분석될 수 있는 개별 마이크로 또는 나노 프로브(nanoprobes)의 어레이를 제공한다.
이미징 시스템에 대해 상술된 바와 같이, 검출기는 톨보트 무늬의 피치에 대응하는 픽셀 크기를 갖도록 선택되며, 물체 및 검출기는 모두 톨보트 무늬의 유효한 "초점 심도" 내에 배치되며, 각 화소는 마이크로 빔들 중 하나로부터 전달된(transmitted) 엑스선을 검출한다.　이는 방사 스폿 크기 및 픽셀 치수를 디커플링(decoupling)하는 이점이 달성되게 하고, 톨보트 간섭 현상은 유효한 마이크로 빔의 어레이가 큰 영역에 걸쳐 형성되게 한다.
구조화된 엑스선 소스를 이용한 톨보트 간섭 무늬는 미국 특허 제14/527,523호, 제14/700,137 호, 제14/712,917 호, 제14/943,445 호, 및 제15/173,711호를 포함하여, 현재 출원의 발명자에 의한 다른 특허 출원의 주제이며, 상기 특허들 모두는 본원에 참고로 포함된다.
톨보트 간섭은 저해상도 이미징, 구체적으로 위상 컨트라스트 이미징(phase contrast imaging)에 사용되었으며, 얼마 동안 (참조로 예를 들어, 아츠시 모모스(Atsushi Momose), 와타루 야시로(Wataru Yashiro), 및 요시히로 타케다(Yoshihiro Takeda)의 "톨보트 간섭계를 이용한 엑스선 위상 이미징(X-Ray Phase Imaging with Talbot Interferometry)", 생체의학적 수학에서 : 이미징, 치료 계획 및 반대 문제에서의 유망한 방향(in Biomedical Mathematics: Promising Directions in Imaging, Therapy Planning, and Inverse Problems), 와이. 센서(Y. Censor), 엠. 지앙(M. Jiang) 및 지. 왕(G. Wang), 편집자(Editors), (의학 물리학 출판(Medical Physics Publishing), 매디슨(Madison), WI, 2009), 281 ~ 320 페이지 및 내부 참조). 이러한 시스템은 톨보트 간섭 패턴을 생성하기 위해 회절 격자(diffractive grating)(종종 위상 시프트 격자)를 전형적으로 사용하고, 제2 격자 및/또는 어레이 엑스선 검출기로 결과적인 패턴(resulting pattern)을 분석한다.
도 2는 평면파(plane wave)에 의해 방사될 때 피치 p와 함께 50/50 듀티 사이클을 갖는 흡수 격자(absorption grating) G에 의해 생성된 대표적인 톨보트 간섭 패턴의 단면을 도시한다. 이 예시에서 무늬는 젠스 알스 닐슨 앤 맥모로우(존 윌리 앤 선스 리미티드(John Wiley & Sons Ltd), 치처스터(Chichester), 웨스트 서섹스(West Sussex), UK, 2011)의 현대 엑스선 물리학의 엘리먼트, 제2 판에서 "위상 컨트라스트 이미징(Phase Contrast Imaging)" 섹션 9.3의 도 19(a)로부터 구성된다(adapted). 이는 단지 예시적인 목적으로 제시된 것이고, 본 발명의 범위의 한정 또는 제한은 이러한 특정 예시의 사용에 의한 것으로 암시되어서는(implied) 안된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 간섭 무늬는 흡수 격자 뒤에 생성된다. 피치(p)를 갖는 격자의 자기 영상(Self-images) 및 50/50 듀티 사이클은 다음과 같은 톨보트 거리(Talbot distances)(D T )에서 발생한다.
Figure pct00001
이때, 여기서 p 는 빔 분할 격자의 주기이고, n 은 정수, λ는 엑스선 파장이다. 파괴 간섭(destructive interference)이 발생하는 어두운 영역(darker regions)은 일반적으로 간섭 패턴의 "노드(node)"라고 불리며, 반면에 구조적인 간섭(constructive interference)의 밝은 영역(bright regions)은 일반적으로 간섭 패턴의 "안티 노드(anti-node)"라고 불린다.
엑스선 방사기(illuminator)로서, 톨보트 간섭 패턴은 미크론 스케일 피처(micron-scale features)를 갖는 빔 분할 격자의 적절한 선택으로, 안티 노드 치수에 대한 대응하는 미크론 스케일을 가지는 밝은(bright) 안티 노드들의 간섭 패턴을 생성할 수 있다. 24.8 keV의 에너지를 가지는 엑스선에 대해, 파장은 λ = 0.05 nm이고, 50/50 듀티 사이클 및 1 미크론 피치를 가지는 흡수 격자에 적용되며, 제1(n=l) 톨보트 거리는 D T = 4 cm이다.　따라서, 도 2의 도면에서 무늬의 x 및 y 방향에 대한 스케일은 매우 상이하며, 도시된 전파의 방향에 수직인 미크론 스케일의 치수를 가지나, 전파의 방향을 따라 센티미터 스케일 치수(centimeter-scale dimensions)가 사용된다.
다양한 부분적(fractional) 톨보트 거리들에서의 무늬 패턴들은 밝은 및 어두운 무늬에서 반전될(inverted) 수 있으며, 및 다양한 부분적 톨보트 거리들에서의 밝은 (안티 노드) 무늬의 크기는 원래의 격자 피처(original grating features)의 크기보다 실제로 더 작을 수 있다. 따라서, 이러한 안티 노드들은 물체로 방사하기 위해 사용되는 멀티 마이크로 빔(multiple micro-beams)들로 제공할 수 있다.
톨보트 간섭 현상이 이용될 때, 밝은 무늬가 특정 강도 마이크로 빔 프로파일을 유지하는, 톨보트 간섭 패턴 내 특정 미리 결정된 영역이 존재한다. 이러한 (도 2 의 예에서 볼 수 있는 복수의) 영역은 더 많은 종래의 이미징 시스템의 "초점 심도" 범위와 비교할 수 있으며, 어레이로 배열된 톨보트 패턴에 대해, 이러한 대응하는 미리 결정된 영역은 마이크로 빔의 어레이를 형성할 것이다.　"초점 심도"의 영역은 톨보트 거리(D T )와 관련하여 또한 정의될 수 있다. 예를 들어, 도 2의 예에서, 마이크로 빔을 형성하는 안티 노드의 영역은 대략 1/16 D T 의 길이를 갖는 것으로 도시된다. 이러한 미리 결정된 안티 노드 영역 내의 픽셀(291)을 갖는 물체(240-W) 및 검출기(290)를 배치하는 것은, 안티 노드가 물체로 방사하는 훨씬 더 작은 영역(282)의 전달을 신호가 나타내도록 하게 한다.
도 2에 도시된 패턴은 비방사 톨보트 간섭 패턴(non-divergent Talbot interference pattern)을 나타내지만, 일부 실시예에서, 톨보트 패턴은 엑스선 소스(common x-ray source)로부터 발산하는(diverging) 엑스선을 포함할 것이다.
많은 실시예에서, 톨보트 패턴을 형성하기 위해 사용되는 빔 분할 회절 격자(beam splitting diffraction grating)는 낮은 흡수의 위상 격자(phase grating)일 수 있으나, π/2 또는 π 라디안(radians), 또는 π/2의 정수 배수(integer multiple)와 같이 일부 다른 특정 또는 미리 결정된 값의 상당한 엑스선 위상 시프트를 생성할 수 있다. 이러한 격자는 1 차원(one-dimensional) 또는 2 차원 격자 패턴(two-dimensional grating patterns)을 포함할 수도 있다.
전술한 바와 같이, 빔 분할 격자의 치수에 의존하여, 이러한 프로브 크기는 적합하게 미세한 빔 분할 격자의 적절한 선택으로 20 nm만큼 작을 수 있다. 이전에 언급된 현재 펜딩 중인 미국 특허 출원 및 미국 특허 가출원에서와 같이, 물체를 x 및 y 치수로 스캔하는 것은 마이크로 또는 나노 스케일 탐색 빔(probing beams)이 물체 위로 이동되도록 하게 하여, 물체의 전달의 완전한 고해상도 "맵(map)"이 비교적 낮은 해상도 검출기로 획득될 수 있다.
임의의 마이크로 빔 형성 시스템을 이용하여 사용될 수 있는 실시예의 개략도가 도 3A 및 도 3B에 도시된다. 피치 p w 를 갖는 마이크로 빔들(888-M)의 어레이가 형성될 때, 또한 피치 p w 를 갖는 개별 상호 작용 위치(discrete interaction locations)(282)의 어레이로 검사될 물체(240)로 방사된다. 도시된 바와 같이, 엑스선 빔 피치는 x 및 y에서 p w 와 동일하지만, x 및 y 치수에서의 피치가 상이한 다른 실시예가 또한 사용될 수 있다.　피치에서의 차이는 톨보트 패턴의 발산 특성으로 인한 것일 수 있다. 도 3C는 검출기(290-A)의 사용을 도시하며, 활성 픽셀(active pixels)(291-P) 및 비활성 영역(inactive areas)(291-A)이 상기 검출기 내에 존재하여, 검출을 위한 특정 마이크로 빔만을 선택한다.
물체의 위치는 위치 제어기(245)를 이용하여 마이크로 빔의 전파의 방향에 수직인 x 및 y 치수로 스캔될 수 있으며, 마이크로 빔 및 물체의 상호작용으로부터 야기하는 전달된 엑스선(888-T)은 어레이 검출기(290)에 의해 검출될 수 있다.
이러한 실시예에서, 어레이 검출기(290)는, 이 예에서 p w 와 동일한 피치 p 3 를 갖는다. 이는 검출기가 정렬되어(aligned), 어레이 검출기의 각 픽셀이 단일 마이크로 빔에 대응하는 엑스선만을 수집하도록 위치될 것이라는 것을 의미한다. 마이크로 빔의 피치에 매칭하고, 각각의 픽셀이 물체 상의 주어진 위치에서 단일 마이크로 빔의 상호작용으로부터 엑스선을 검출하도록 정렬된, 픽셀 피치를 갖는 검출기와 다수의 마이크로 빔(multiple micro-beams)의 사용을 페어링하는 것(pairing)에 의해, 102 내지 104의 병렬 마이크로 빔 검출 시스템(parallel micro-beam detection systems)의 등가물이 생성될 수 있다.　또한, 더 작은 각각의 픽셀에 의해 검출된 모든 전달 엑스선이 단일 마이크로 빔으로부터 원점(origin)을 갖는 한, 복수의 픽셀이 단일 마이크로 빔의 엑스선을 검출하는, 더 작은 픽셀을 갖는 다른 검출기가 사용될 수 있다.
이전과 같이, 물체는 x 및 y 좌표로 스캔될 수 있다. 이는 물체의 특성과 병행(parallel)하여 "맵(map)" 을 생성하지만, (스캔된 영역들 사이의 일부 오버랩이 상대적인 보정(calibration)을 제공하기에 적절할 수 있음에도 불구하고) 움직임 범위는 마이크로 빔의 피치에 대응해서만 감소될 수 있다.
각각의 픽셀에 의해 생성된 "맵"은 물체 특성의 큰 스케일의 "매크로 맵(macro-map)"을 생성하기 위해 디지털적으로 함께 스티칭될(stitched) 수 있으며, 반면에 (예를 들어, 104의 인자까지) 마이크로 빔들의 수와 관련된 인자(factor)에 의해 대응하는 데이터 수집 시간을 감소시킬 수 있다.
해당 검출기 픽셀뿐만 아니라 물체에서의 관심 영역과 엑스선의 상호작용이 모두 복수의 마이크로 빔 모두에 대한 초점 심도에 의해 정의된 영역 내에서 유지되는 한, 단층 촬영 분석의 일부 각도(degree)를 달성하기 위해, 물체의 제한된 각도 조정이 모션 프로토콜(motion protocol)에 추가될 수 있다. 이러한 목적을 달성하기 위한 회전 스테이지(rotation stage)(248)는 또한 도 3A의 물체(240)에 대한 마운트의 일부로 도시되었다.　일부 실시예들에서, 5 축 마운트(5-axis mount), 또는 측각기(goniometer)가, 동일한 탑재 시스템(mounting system)으로부터의 변경 및 회전을 할 수 있도록 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 물체는 정지될 수 있고, (정렬된 검출기를 따라) 톨보트 무늬를 형성하는 메커니즘(mechanism)이 물체와 관련되어 변경되거나 회전될 수 있다.
주기적인 톨보트 패턴은 앞서 상술된 참조 및 특허 출원과 같은 임의의 수단에 의해 형성될 수 있음에도 불구하고, 더 큰 엑스선 전력을 가능하게 하도록 도시된 하나의 기술 혁신이 주기적인 패턴 A 0 에 따른 패턴화된 엑스선 소스를 사용한다. 도 4 는 도 3 및 도 3B에 도시된 구성을 갖는 실시예를 도시하지만, 엑스선 마이크로 빔 어레이(888-M)는 이러한 주기적인 엑스선 소스를 이용하여 형성되어, 톨보트 간섭 패턴을 생성한다.
도시된 바와 같은 이러한 구성에서, 엑스선 소스(002)는, 기판(1000)에 내장된 엑스선 생성 재료를 포함하는, 구조(structures)(700)를 포함하는, 영역(1001)을 포함하는 엑스선 타겟(100)에 충격을 가하는(bombarding) 전자 빔(electron beam)(111)을 포함한다. 도시된 바와 같은 구조(700)는 주기 p 0 를 갖는 주기적인 2차 패턴으로 배열된 크기 a 의 균일한(uniform) 엘리먼트이다. 전자(111)로 충돌이 가해질 때, 이들은 주기 p 0 를 갖는 주기적인 패턴으로 엑스선(888)을 생성한다.
엑스선 생성 재료를 포함하는 구조(700)는 복수의 개별적으로 더 미세한 미세 구조(discrete finer microstructures)를 포함할 수 있다. 엑스선 생성 구조는 통상적으로 1 또는 2 차원에서 주기적인 패턴으로 배열될 수 있다. 이러한 구조화된 타겟들을 이용하는 엑스선 소스들은 선형 축적을 사용하는 엑스선 소스들(X-RAY SOURCES USING LINEAR ACCUMULATION)(미국 특허 출원 제 14/490,672 호, 2014년 9월 19일 출원, 현재 미국 특허 제 9,390,881 호 발행), 선형 축적을 사용하는 엑스선 소스들(X-RAY SOURCES USING LINEAR ACCUMULATION)(미국 특허 출원 제 14/999,147호, 2016 년 4 월 1 일 출원), 및 선형 축적을 사용하는 발산하는 엑스선 소스들(DIVERGING X-RAY SOURCES USING LINEAR ACCUMULATION)(미국 특허 출원 제 15/166,274 호, 2016 년 5 월 27 일 출원)의 미국 특허 출원에서 전체적으로 더 기술되며, 이들 모두는 이러한 특허 및 현재 펜딩 중인 특허 출원이 이익을 청구하는 임의의 가출원에 따라, 전체에서 참조로 본원에 포함된다.
또한, 도 4에 도시된 것은, 엑스선 소스에 대한 전형적인 엘리먼트이다. 고전압 소스(010)는 전기 리드(electrical leads)(021 및 022)를 통해 전자 빔 이미터(011) 및 타겟(100) 사이의 가속 전압(accelerating voltage)을 제공한다. 검출기(290)는 각각의 마이크로 빔이 하나의 검출기 픽셀에 의해 실제로 고유하게 검출되도록, p w 와 동일한 주기 p 3 를 갖는 어레이 G D 를 갖는 것으로 도시된다. 그러나, 전술한 바와 같이, 각각의 검출기 픽셀이 단일 마이크로 빔으로부터 엑스선에 대응하도록, 검출기(290)는 정렬된다. 이를 용이하게 하기 위해, 검출기는 검출기 픽셀을 개별 마이크로 빔과 정렬하기 위해 위치 설정 제어기(positioning controller)(255)를 추가로 구비할 수 있다.
엑스선(888)은 배열 엑스선 소스 A 0 로부터 거리 L에 배치된 빔 분할 격자 G 1 (210-2D)를 위한 방사에 대하여 개별적으로 공간적으로 간섭성이지만 상호 비간섭성 서브 소스(mutually incoherent sub-sources)의 어레이로서의 배열 소스로부터 나온다(emerge). 피치(Pw)를 갖는 마이크로 빔의 어레이에 의해 방사될 물체(240)의 위치는 빔 분할 격자 G 1 (210-2D)로부터 더 먼 거리 D에 배치된다.　 A 0 에서 각각의 엑스선 서브 소스가 영상 형성 프로세스(image-formation process)에 구조적으로 기여한다는 것을 보장하기 위해, 배열의 기하학적 구조는 다음의 조건을 만족시켜야 한다.
Figure pct00002
이때, n/2 격자에 대해 q = l 이고, π 격자에 대해 q = 0.5이다.
이러한 구성은 톨보트 로우 간섭계(Talbot-Lau interferometer)라고 불리며[프란즈 페이퍼 외(Franz Pfeiffer et al.)의 "저휘도 엑스선 소스를 이용한 위상 검색 및 차동 위상 컨트라스트 이미징(Phase retrieval and differential phase-contrast imaging with low-brilliance X-ray sources)", 자연 물리학(Nature Physics) vol. 2, 258 - 261 페이지, 2006, 및 크리스찬 다비드(Christian David), 프란즈 페이퍼 및 팀 웨이트캠프(Timm Weitkamp)에 의한 미국 특허 제7,889,838 호, 2011 년 2 월 15 일 발행 참조], 엑스선 소스 어레이를 생성하기 위해 균일한 엑스선 소스 및 마스킹 패턴을 사용하여 이미 입증되었다(demonstrated).
또한, 배열 엑스선 소스는 균일한 엑스선 재료, 및 치수(dimension) a 및 주기 p 0 의 어레이 p)의 어레이로 배열된 특정 포인트로부터 엑스선이 나오게 하는, 마스킹된 격자를 사용하여 일부 실시예에서 제공될 수 있다는 것을 주의해야 한다. 하지만, 개별 소스의 사용이 모든 생성된 엑스선이 영상 형성 프로세스에 기여하게 하므로, 상술된 배열 엑스선 소스는 이러한 종래 기술에 비해 상당한 이점을 가질 수 있다. 또한, 패턴화된 전자 빔을 이용한 엑스선 생성 재료의 선택적 충격에 의해 배열 엑스선 소스가 또한 제공될 수 있다. 이러한 소스들은, 본원에 참조로 포함된, 상술된 미국 특허 출원들에 보다 상세하게 기술되었다.
마이크로 빔의 엑스선 에너지 스펙트럼(x-ray energy spectrum)은 엑스선 필터(x-ray filters) (또는 당업자에게 공지된 다른 수단)의 사용에 의해 제한되어, 엑스선 대역폭(x-ray bandwidth)을 제한할 수 있다. 도 4의 시스템은 빔 분할 격자(210-2D)와 접하기(encounter) 전에 엑스선 소스(002)에 의해 생성된 엑스선(888)을 필터링하기(filter) 위해 이러한 필터(388)를 사용하는 것으로 도시된다. 이는 더 나은 간섭 컨트라스트(interference contrast)가 달성되게 할 수 있다. 일부 실시예에서, 평균 엑스선 에너지(average x-ray energy)(E 0 )를 가지면 5 keV 내지 100 keV 사이에 있고, E 0 ± 10% 또는 E 0 ± 15%의 에너지 대역폭을 생성하기 위해 엑스선 필터를 이용하는 것이 바람직할 수 있다. 최대 강도의 영역(일반적으로 마이크로 빔의 중심(center)) 및 어두운 강도의 영역 사이의(일반적으로 정확하게 마이크로 빔 사이) 컨트라스트는 적어도 50%인 것이 바람직하나, 일부 경우에서 20% 이상, 심지어 10% 이상의 컨트라스트에 의해 획득된 신호가 허용될(acceptable) 수 있다.
도 5는 톨보트 간섭 무늬를 이용하여 생성될 수 있는 2 차원 엑스선 강도 패턴의 일부분의 시뮬레이션 예(simulated example)를 도시한다. 빔 분할 격자가 x 및 y 치수로 매칭하는 주기를 가지면, 도 5 에 도시된 바와 같은 패턴은 톨보트 무늬의 복수의 "초점 심도(depths of focus)" 영역에 복제될(replicated) 수 있다.
빔 분할 격자는 임의의 수의 위상 시프트 패턴(phase-shifting patterns)일 수 있으며, 또는 일부 실시예들에서, 한 쌍의 격자를 이용하여 형성될 수 있다. 위상 시프터(phase shifters)의 전형적인 조합은 격자의 복수의 영역에서 0, π/2, 또는 π 라디안 위상 시프트(radian phase shifts)를 사용할 수 있다. 1 차원 패턴(1-D patterns) 또는 2 차원 패턴(2-D patterns)의 조합이 또한 사용될 수 있다.
일부 실시예들에서, 2 개의 1 차원 격자(1-D gratings)를 제조하는(fabricate) 것이 더 용이할 수 있으며, 보다 복잡한 2 차원 패턴을 생성하도록 서로 직교하여 탑재시킬 수 있다. 이러한 실시예들에서, 도 4에 도시된 격자(G 1 )는 함께 탑재된 한 쌍의 격자(G A 및 G B )로 대체될 수 있다. 표 I 는 50/50 듀티 사이클 격자(duty cycle gratings)의 이러한 조합에 사용될 수 있는 복수의 전달 값 및 위상 시프트를 도시한다. t 및 φ에 대한 값은 각각의 격자의 2 개의 부분에 대한 각각의 전달 및 위상 시프트를 나타낸다. t=0인 격자 부분은 흡수 전달 격자(absorption transmission grating)를 나타내고, 불투명한 섹션(opaque section)의 위상 시프트는 상관이 없다.
표 I: 2 개의 1 차원 50/50 교차 격자 배열(Crossed Grating Configurations)
옵션
(Option)		 1 2 3 4 5 6
G A t = 1, 1
φ = 0, π/2		 t = 1, 1
φ = 0, π		 t = 1, 1
φ = 0, π		 t = 1, 1
φ = 0, π		 t = 1, 1
φ = 0, π/2		 t = 1, 1
φ = -, 0
G B t = 1, 1
φ = 0, π/2		 t = 1, 1
φ = 0, π		 t = 1, 1
φ = 0, π/2		 t = 1, 1
φ = -, 0		 t = 1, 1
φ = -, 0		 t = 1, 1
φ = -, 0
G A 에 대한 피치 p a 가 G B 에 대한 p b 와 동일한, 옵션 1에 대한 한 쌍의 격자들(2 개의 교차 π/2 위상 시프트 격자들)이 도 6A에 도시되어 있으며, 교차 격자의 결과는 도 6B에 도시된다. 도 4의 실시예에서 위상 시프트 격자로 사용되는 한 쌍의 교차 격자는 p x = p y = p a = p b 인 도 5에 도시된 패턴의 형태로 안티 노드 패턴을 형성할 것이다. π 위상 시프트를 이용하는 다른 옵션들은 π/2 위상 시프트 격자의 ½ 피치로 피치를 갖는 톨보트 패턴을 생성할 수 있다.
이러한 구성들 중 일부는 단일 격자를 사용하여 제조될 수 있다. 예를 들어, 옵션 2 의 교차 π 위상 시프트 격자(crossed π phase shifting gratings)는 0, π, 및 2π = 0의 위상 시프트를 갖는 단일 체커보드 패턴(checkerboard pattern)을 형성하며, 도 7의 도면에 도시된 단일 π 위상 시프트 체커보드 격자(single π phase shift checkerboard grating)로 동일한 위상 시프트를 생성할 것이다. 도 5에 도시된 바와 같이 톨보트 간섭 강도 패턴을 또한 형성해야 한다.　마찬가지로, 전술한 특허 출원 및 본 출원에서 언급된 다른 톨보트 참조로 기술된 바와 같이, π 또는 π/2위상 시프트 및/또는 흡수 격자(absorption gratings)의 다른 1 차원 또는 2 차원 주기적인 패턴이 또한 사용될 수 있다.
검사될 물체(240)로 엑스선 마이크로 빔들(888-M)의 주기적인 패턴에 의해 방사되는 것을 보장하기 위해, 격자와 물체 사이의 거리(D)는 부분 톨보트 거리(fractional Talbot distances) 중 하나에 대응해야 하며, 즉 다음과 같다.
Figure pct00003
이때, n은 영이 아닌 정수(non-zero integer)이다. n의 적절한 값은 격자가 흡수 격자, π 위상 시프트 격자(π phase-shifting grating), 또는 π/2위상 시프트 격자(π/2 phase-shifting grating)이면, 상이할 수 있다.
무늬를 발산(diverging)/확대(magnifying)하는 보다 일반적인 상황에서 사용될 수 있으며, 이러한 거리는 다음과 같이 일반화될(generalized) 수 있다.
Figure pct00004
톨보트 로우 시스템(Talbot-Lau systems)에서 종종 사용되는 또 다른 식은 다음과 같이 배열 소스(arrayed source) 내의 엑스선 생성 엘리먼트(x-ray generating elements)의 크기(a)에 대한 톨보트 격자(Talbot grating)(G1)의 피치(p 1 )에 관한 것이다.
Figure pct00005
본 발명의 대부분의 실시예는 수학식 2 내지 5에 제시된 조건들이 충족되는(met) 간섭 측정 시스템(interferometric system)을 사용한다.
톨보트 간섭 패턴의 발산(divergence), 콜리메이션(collimation), 수렴(convergence)은 엑스선 에너지와 같은 인자, 엑스선 빔이 잘 콜리메이트되는(collimated)되는 방식 및 물체가 소스로부터 얼마나 멀리 배치되는지에 의존할 것이므로, 도시된 바와 같은 이러한 실시예는, 스케일로 된 것이 아니라는 것을 주의해야 한다.
3.　검출기 고려 사항(Considerations)
본원에 개시된 바와 같이, 검출기 피치는 복수의 톨보트 무늬의 피치에 매칭될 것이므로, 각각의 픽셀은 단일 마이크로 빔을 갖는 물체의 상호작용으로부터 나오는 엑스선을 검출하도록 위치되며, 이웃하는(neighboring) 마이크로 빔들로 인한 픽셀들 사이의 크로스 토크(cross-talk)가 최소화될 수 있다. 물체의 특성의 "맵(map)"의 데이터 수집 및 최종 재구성(final reconstruction)이 진행될 수 있으며, 각각의 픽셀로부터의 별개의 신호들이 또 달리 디컨벌브되지(deconvolved) 않는다는 것을 알 수 있다.
(예를 들어, 산란(scattering) 또는 형광 발광(fluorescence)으로 인한) 마이크로 빔과 픽셀 사이의 크로스 토크가 있으면, 추가 영상 분석이 적절하게 보정될 수 있다면 크로스 토크의 일부를 제거할 수 있다. 에너지 분석 어레이 검출기(Energy resolving array detectors)는 또한 전달된(transmitted) 엑스선, 굴절된(refracted) 엑스선, 산란된(scattered) 엑스선, 및 형광 발광 엑스선으로부터 신호를 분리하는데 사용될 수 있다.
이러한 매칭(matching)은, 검출기 피치가 마이크로 빔의 피치에 대한 1:1 매칭(match)이면, 가장 단도직입적으로 달성되며, 즉 각각의 빔은 검출기 내의 대응하는 단일 픽셀을 갖고, 검출기는 물체 및 마이크로 빔에 근접하여 배치된다.
3.　1.　더 미세한 검출기 피치(Finer Detector Pitch)
일부 실시예들에서, 마이크로 빔들의 정수 나눔(integer fractions)인 검출기 피치(예를 들어, 각 마이크로 빔에 대응하는 엑스선을 검출하도록 9 개의 픽셀을 표시하는, 피치에서의 3x 축소(reduction))가 또한 사용될 수 있다. 검출되는 엑스선이 일부 공간적 구조를 갖는 경우(예를 들어, 바람직한 엑스선 신호가 물체로부터의 작은 각도 산란(small-angle scattering)에 관한 것일 경우), 이러한 것은 일부 이점을 제공할 수 있다. 검출기의 특정 픽셀은 산란된 엑스선만을 검출하기 위해 정렬될 수 있으며, 반면에 산란되지 않은(non­ scattered) 빔은 상이한 픽셀에 의해 수집될 수 있거나, 단순히 차단된 픽셀(blocked pixel)에 의해 차단될 수 있다.
3.　2.　더 큰 검출기 피치(Larger Detector Pitch)
다른 실시예들에서, 마이크로 빔의 피치보다 큰 검출기 픽셀이 사용될 수 있다. 따라서, 검출기는 덜 비쌀 수 있고, 그러나 여전히 "고해상도(high resolution)" 신호를 생성한다(공간 해상도가 검출기 픽셀 크기가 아닌, 톨보트 무늬 및 물체의 상호 작용 양(interaction volume)에 의해 결정되기 때문이다).
이러한 기술의 한가지 단점은 4 개의 마이크로 빔 중 단지 1 만이 검출을 위해 사용되고, 다른 마이크로 빔은 차단된다는 것이다. 보다 큰 픽셀을 이용하여, 검출된 마이크로 빔에 대해 더 큰 검출 효율이 달성될 수 있다.
도 8 내지 도 15는 본 발명의 일부 실시예들에서의 더 큰 픽셀들의 사용을 도시한다. 도 8은 도 4와 유사한 시스템의 실시예의 개략도를 도시하지만, 복수의 개구(apertures)(272)를 갖는 마스크(270)가 물체(240) 앞에 배치되어 특정 수의 마이크로 빔을 차단한다. 도시된 바와 같이, 모든 4 개의 마이크로 빔 중 3 개가 차단되며, 각각의 4 개의 빔 중 단지 1 개의 빔만이 물체로 방사하도록 진행하여 검출기에 의해 검출될 수 있다.　이러한 수단은 마스크에서의 엑스선 빔의 피치가 p w 이면, 물체로 방사되는 빔의 피치는 2p w 인 것을 의미한다. 따라서, 검출기 피치(pn)는 또한 2p w 와 동일하도록 설정될 수 있으며, 도 4 의 구성에 사용되는 것보다 더 크다. 도시된 바와 같이, 4 개의 빔 중 3 개의 빔이 차단되지만, 다양한 적용으로 임의의 수의 미리 결정된 패턴에 따라 임의의 수의 빔이 차단될 수 있다.
도 9A 및 도 9B는 도 3A 및 도 3B와 유사한 예시들을 나타내는 보다 상세한 실시예를 도시한다. 도 3A 및 도 3B와 비교하여 알 수 있는 바와 같이, 특정 수의 마이크로 빔만 사용되기 때문에, 검출기에서 빔의 피치는 실질적으로 더 크고, 더 큰 픽셀 크기를 갖는 덜 비싼 검출기(290-L)가 사용될 수 있다.
이러한 포인트까지 도시된 바와 같이, 엑스선 검출기는 직접 어레이 검출기(direct array detector)로 제공되며, 엑스선의 흡수에 응답하여 전기 신호를 생성한다. 일부 실시예는 일본 교토의 시마즈사(Shimadzu Corp.)의 사파이어 FPD(Safire FPD)와 같은 직접 평판 검출기(FPD: direct flat panel detector)를 사용할 수 있다. 일부 실시예는 금속산화물 반도체(CMOS: complementary metal-oxide semiconductor) 이미저(imagers)를 사용할 수 있다. 일부 실시예는 에너지 분석 어레이 검출기를 사용할 수 있다.
다른 실시예들에서, 검출기는 엑스선에 노출될 때 가시광선 또는 자외선 광을 방출하는(emit) 신틸레이터(scintillators)를 사용할 수 있다. 활성 엑스선 검출 영역(active x-ray detection region)(검출기 센서들)은, 예를 들어 탈륨(thallium)으로 도핑된(doped) 요오드화 세슘(cesium iodide)(Csl: Tl)과 같은 신틸레이터를 제공하는 것에 의해, 또는 예를 들어, 상부(top)에 금(Au)과 같은 높은 Z 재료의 마스킹 층(masking layer)을 갖는 신틸레이터의 균일한 코팅을 검출기에 제공하는 것에 의해 정의될 수 있다.
도 10은 도 9B 의 실시예의 변형을 도시하지만, 형광 스크린(fluorescent screen) 또는 신틸레이터(280)와 조합하여 검출기(290 -S)를 사용한다. 엑스선이 흡수될 때 가시광선 및/또는 UV 광자(photons)를 방출하는 재료를 포함하고, 검출기(290-S)는 가시광선 및/또는 UV 광자를 검출한다. 전형적인 신틸레이터 재료는 탈륨 도핑된 요오드화 세슘(CsI), 유로븀(Eu) 도핑된 산화루테튬(Lutetium Oxide)(Lu2O3:Eu), 이트륨 알루미늄 가닛(YAG: yttrium aluminum garnet), 또는 가돌리늄 설폭실레이트(GOS: gadolinium sulfoxylate)를 포함할 수 있다.
신틸레이터 효율은 신틸레이터에 의해 흡수되는 엑스선의 나눔(fraction) 및 신틸레이터에 의해 생성된 광의 양에 의존한다. 고해상도를 위해, 신틸레이터 내의 광의 횡방향 확산은 최소화되어야 하고, 이는 종종 엑스선 흡수 및 이에 따른 검출 효율을 제한할 수 있는 얇은 신틸레이터(thin scintillator)의 사용을 필요로 한다.
종래의 이미징 시스템에서, 물체에 근접한 신틸레이터 유형 검출기(scintillator-type detector)를 갖는 고해상도 영상이 획득될 수 있으나, 각각의 검출기 픽셀이 그 픽셀에 대응하는 엑스선만을 수집하도록, 신틸레이터 및 전자 엘리먼트(electronic elements)들의 전체 두께는 충분히 얇아야 한다. 이는 또한 더 얇은 신틸레이터의 사용에 영향을 주어(dictate), 한계감도를 감소시킬 수 있다.
그러나, 본 출원에서 개시된 실시예에서, 공간 해상도는 검출기 픽셀 크기 대신에 마이크로 빔(888-M)의 치수에 의해 정의된다. 이는 보다 큰 픽셀을 허용하며, 이에 의해 보다 높은 효율을 갖는 더 두꺼운 신틸레이터 재료가 사용될 수 있는데, 왜냐하면 보다 큰 픽셀로부터 생성된 모든 광자가 미리 결정된 마이크로 빔으로부터 유래된 것으로 알려질 것이기 때문이다.
도 11은 신틸레이터를 이용한 시스템에 대한 추가적인 변형을 도시하며, 신틸레이터(280)로부터의 가시광선/UV 광(890)이 가시광선/UV 광학 시스템(320)에 의해 수집되고 검출기(290-SI)로 이미징된다(imaged). 가시광선/UV 광학 시스템은 신틸레이터의 영상을 추가적으로 확대하는 광학장치(optics)를 포함할 수 있다.　릴레이 광학장치(relay optics) 및 확대된 영상을 사용할 때, 전자 검출기는 고해상도 센서 자체를 포함할 필요가 없으며, 덜 비싼 상업적 CCD 검출기 또는 예를 들어 각각 24 μm x 24 μm 평방(square)의 1024 Х 1024 픽셀들을 갖는 금속산화물 반도체(CMOS: complementary metal­ oxide-semiconductor) 센서 어레이가 사용될 수 있다.
더 두꺼운 신틸레이터는 또한 릴레이 광학장치를 갖는 일부 실시예에서 사용될 수 있으며, 감도를 증가시킨다. 그러나, 릴레이 광학장치가 사용될 때, 검출은 엑스선 광학장치에 의해 수집된 시야에 제한되는데, 이는 일부의 경우에 수백 미크론 정도일 수 있다. 더 큰 면적에서 데이터를 수집하는 것은, 영상들이 복수의 노출로부터 함께 "스티칭된" 경우에만 달성될 수 있다.
도 12, 도 13A 및 13B는 개구(292)를 가지는 마스킹 구조(297)가 물체(240)와 검출기(290-M) 사이에 배치되는 추가적인 실시예를 나타낸다. 이러한 실시예에서, 모든 이용가능한 마이크로 빔들(888-M)은 물체(240)로 방사되지만, 예를 들어 금(Au)으로 이루어진 마스킹 층(297)은 모든 4 개의 빔 중 3 개의 빔이 검출기(290-M)에 들어가는 것을 방지한다.　이는 또한 검출기(290-M)가 더 큰 픽셀을 갖게 하며, 다시 직접 검출기에 대한 비용을 감소시키고, 신틸레이터를 사용하는 실시예에서 잠재적인 검출기 효율을 증가시킨다.
도 14는 도 10, 도 11A 및 11B 의 실시예의 추가적인 변형을 도시하지만, 엑스선의 검출은 더 두꺼운 신틸레이터(280-S) 및 가시광선/UV 광 검출기(290-S)를 이용하여 달성된다.
도 15는 신틸레이터를 이용한 시스템에 대한 추가적인 변형을 도시하며, 신틸레이터(280)로부터의 가시광선/UV 광(890)이 가시광선/UV 광학 시스템(320)에 의해 수집되고 검출기(290-SI)로 이미징된다.
신틸레이터 재료의 층이 종래의 광학 영상 센서의 어레이에 근접하여 배치되는 (또는 심지어 코팅되는) 상업용 평판 디지털 엑스선 센서(Commercial flat panel digital x-ray sensors)는 예를 들어, 캘리포니아주 팔로 알토의 베리안사(Varian Inc.) 및 매사추세츠주 빌레리카의 제너럴일렉트릭사(General Electric, Inc.)에 의해 제조된다. 이미지 센서의 다른 구성은 당업자에게 알려진 것일 수 있다.
도 10, 도 11, 도 14 및 도 15에 예시된 신틸레이터는 신틸레이터의 균일한 층을 포함하는 것으로 도시되며, 신틸레이터 재료가 픽셀의 일부 위에 배치된, 패턴화된 신틸레이터 재료를 사용하는 실시예가 또한 사용될 수 있다. 검출기의 부분 위에서의 신틸레이터 재료의 선택적인 배치는 검출을 위한 특정 마이크로 빔들을 선택하기 위한 마스킹 층의 사용에 대한 대안으로 사용될 수 있다.
각각의 픽셀 내에 추가적인 구조를 갖는 검출기가 또한 사용될 수 있다. 예를 들어, 전형적인 검출기 픽셀이 2.5 미크론 Х 2.5 미크론(2.5 microns by 2.5 microns)(6.25 미크론2 (micron2))인 경우, 하지만 마이크로 빔 직경은 단지 1 미크론이고, 1 미크론보다 약간 크고 마이크로 빔의 위치에 대응하도록 위치된 신틸레이터 재료의 중심(central) "스폿(spot)" 을 갖는 검출기 픽셀이 생성될 수 있다. 이러한 구성에 대해, 마이크로 빔으로부터 모든 엑스선이 검출되어야 하며, 반면에 검출기 픽셀의 전체 영역이 사용되어야 하는 경우 불요 신호(spurious signals)를 야기할 수 있는 산란되거나 또는 회절된 엑스선의 검출을 감소시킨다.
유사하게, 작은 각도에서 산란되는 엑스선만 검출하는 반면에 직접 전달된 빔을 검출하지 않도록, (신틸레이터 재료와 같은) 검출기 구조가 픽셀의 외측부에만 위치하는 픽셀은, 일부 실시예들에서 또한 사용될 수 있다.
유사하게, 도 13 및 도 14 의 마스크(297)가 신틸레이터(280)로부터 옮겨지는(displaced) 것으로 도시되며, 일부 실시예는 신틸레이터(280) 상에 직접 침착된(deposited) 마스크(297)를 가질 수 있다. 패턴화된 신틸레이터에 대한 다른 실시예는 당업자에게 알려진 것일 수 있다.
3.　3.　검출기 변형(Detector Variations)
전술한 설명은 일부의 마이크로 빔들을 차단하기 위해 마스킹 층을 이용하여 엑스선을 검출하기 위해 검출기의 특정 부분이 사용되지 않는 실시예를 개시한다. 특정 픽셀이 단순히 비활성인 어레이 검출기를 이용하는 것에 의해, 비활성 픽셀로부터 전력을 제거하여 신호를 생성하지 않도록 하는 것에 의해,　또는 "비활성" 픽셀에 의해 생성되는 임의의 신호를 무시하거나 제거하는 분석 소프트웨어를 사용하는 것에 의해, 일부 구성들에 대해 유사한 마스킹 효과가 달성될 수 있다. 이러한 "비활성" 픽셀들은, 도 3C 에 도시된 바와 같은 픽셀들(291-A) 사이의 공간과 동일한 기능(function)을 제공한다.
또한, 이러한 비활성 영역은 엑스선에 대해 투명한(transparent) 영역일 수 있으며, 복수의 검출기(multiple detectors)의 일부 실시예에서의 사용을 허용한다. 이러한 실시예에서, 각각의 검출기는 선택된 수의 엑스선 빔만을 검출하도록 위치된다. 이는 미리 결정된 수의 빔만을 검출하도록 설계된 픽셀을 갖는 검출기를 사용하는 것에 의해 행해질 수 있으며, 반면에 다른 빔이 검출기를 통과할 수 있게 한다.
이러한 구성은 도 16 에 도시되어 있다. 제1 검출기(290-1)는 단일 마이크로 빔에 대응하는 모든 전달된 엑스선을 검출하기 위한 크기의 픽셀, 픽셀들 사이의 전달 영역(transmissive regions)을 갖는 어레이 검출기이다. 이러한 전달 영역에 입사하는 마이크로 빔은 검출기(290-1)를 통과하고, 이러한 또 다른 엑스선 마이크로 빔들을 검출하도록 정렬된 픽셀들을 갖는 제2 검출기(290-2)로 떨어진다.
일부 실시예들에서, 제1 검출기 (290-1)는 높은 에너지 엑스선(high energy x-rays)에 대해 전체 영역에 걸쳐 전달될(transmissive) 수 있으며, 제1 검출기(290-1)가 더 낮은 에너지 엑스선(lower energy x-rays)을 검출하는 데 사용되는 반면에, 제2 검출기(290-2)는 더 높은 에너지 엑스선(higher energy x-rays)을 검출하는데 사용된다. 이러한 구성은 제1 검출기에서 얼마나 많은 픽셀들이 활성화되는 방식, 및 얼마나 많은 마이크로 빔들이 제1 검출기를 통과하여 검출되거나 제2 검출기를 통과하게 하는 방식에 따라, 2 개, 3 개 또는 그 이상의 검출기를 포함할 수 있다. 마스킹 접근법에 대한 이러한 접근법의 이점은 각각의 엑스선 마이크로 빔이 결국 검출되어 최종 수집된 데이터 세트에 기여할 수 있다는 것이다.
4.　0　현미경 데이터 수집에 대한 방법
실시예에 따른 마이크로 빔을 이용한 영상을 형성하기 위한 프로세스 단계들은 도 17A 및 도 17B에 나타나고, 아래에서 기술된다.
제1 단계(4210)에서, 물체가 마이크로 빔의 어레이에 의해 검사될 공간의 영역이 결정된다. 이러한 영역은 마이크로 빔에 대해 위에서 논의된 "초점 심도"에 의해 경계되는(bounded) 영역일 수 있거나, 주어진 톨보트 패턴에 대한 톨보트 거리(D T )의 부분(fraction)과 관련된 영역으로 정의될 수 있거나, 또는 바람직한 측정에 적합한 임의의 기준에 의해 정의될 수 있다.
단계(4220)에서, 피치(p)를 갖는 마이크로 빔의 어레이가 미리 결정된 영역에 형성된다. 이러한 마이크로 빔은 엑스선 이미징 시스템을 이용하는 것에 의해 또는 톨보트 간섭 현상(Talbot interference phenomena)을 이용하는 것에 의해 포함하는 임의의 개시된 방법에 의해 형성될 수 있다. 간섭 필드가 톨보트 간섭 패턴에 의해 형성될 때와 같은 일부 실시예들에서, 이러한 영역은 부분 톨보트 거리(예를 들어, 1/8 D T 또는 1/16 D T )에 관련된 길이를 갖는 영역으로 정의될 수 있다.
이러한 영역 내의 마이크로 빔은 원형 빔 또는 정사각형 또는 직사각형 프로파일을 갖는 빔의 어레이의 형태로 횡방향 패턴(lateral pattern)을 가질 수 있다. 마이크로 빔의 어레이는 일반적으로 단일 방향으로(일반적으로 "z" 방향을 나타내는) 전파될 것이며, 전파 방향("x" 및 "y" 방향)에 직교하는 방향으로의 마이크로 빔들 사이의 피치(p)는 20-50 마이크로미터 이하이다.
일부 실시예들에서, 이러한 단계는 또한 전술한 바와 같은 마이크로 빔의 일부를 제거하는 추가 마스크를 삽입하는데 사용될 수 있다.
일단 마이크로 빔 영역이 설정되면, 다음 단계(4230)는 마이크로 빔 피치(p)의 0이 아닌 정수 배수(non-zero integer multiple)와 동일한 픽셀 피치(p d )를 가지는 검출기의 배치(placement)이다. 검출기는 전술한 바와 같은 검출기들 중 임의의 검출기일 수 있다. 검출기의 이러한 센서 부분은 이전 단계에서 선택된 영역에 배치된다.　검출기의 각 픽셀이 (마이크로 빔들 또는 검출기 픽셀들 사이의 크로스 토크 없이) 단일 마이크로 빔에만 대응하는 신호를 생성하는 한, 검출기의 정확한 위치 설정(positioning)에서 일부 유연성이 있다. 일반적으로, 모든 마이크로 빔이 대응하는 픽셀 또는 픽셀들의 세트를 갖는 경우에 검출기가 선택될 것이지만, 일부 실시예들에서 검출기는 대응하는 마이크로 빔의 서브세트(subset)를 검출할 수만 있다.
다음 단계(4240)에서, 검사될 물체의 관심 영역(ROI: region of interest)은 또한 엑스선 소스 및 검출기의 정면 사이에, 마이크로 빔을 포함하는 선택된 영역에 배치된다. 이것은 일반적으로 검출기에 근접하게 될 것이어서, 물체 및 검출기는 마이크로 빔의 "초점 심도" 영역 내에 모두 있을 수 있다. 전형적으로, 엑스선 빔은 물체가 위치되고 정렬되는 동안 차단되거나 턴 오프(turned off)될 것이고, 물체가 배치된 후 엑스선은 턴 온(turned on)된다.
다음 단계(4250)에서, 각각의 마이크로 빔에 의해 전달된 엑스선은 검출기에서 대응하는 픽셀에 의해 검출되며, 대응하는 전자 신호가 기록된다.이러한 신호는 카운팅 검출기(counting detectors)의 엑스선 강도(x-ray intensity)를 나타낼 수 있으며, 또한 에너지 분석 검출기에서의 에너지를 포함할 수 있다.
다음 단계(4256)에서, 진행 방식에 따른 결정이 이루어진다. 데이터포인트(datapoints)의 단일 세트만이 요구될 경우, 더 이상 데이터가 수집될 필요가 없고, 상기 방법은 도 17A 및 17B에서 "B"에 의해 표시된 단계로 진행한다. 반면에, 물체의 특성에 대해 1 차원 또는 2 차원 "맵(map)"을 구축하기 위해 추가적인 데이터가 수집될 필요가 있을 경우, 결정 트리(decision tree)는 추가적인 위치로부터의 데이터에 대한 요청을 전한다(delivers).
다음 단계(4260)에서, 물체 및 마이크로 빔의 상대적인 위치는 x 및/또는 y 치수(x- and/or y-dimensions)로 미리 결정된 거리에 의해 변경되고, 상기 방법은 데이터가 새로운 위치에 대해 지금 수집되는 단계(4250)로 되돌아 간다(reverts). 검사를 위해 지정된 전체 1 차원 또는 2 차원 영역에 대해 데이터가 수집될 때까지, 시스템은 단계(4250, 4256, 및 4260)의 이러한 결정 트리를 통해 반복(loop)될 것이며, 상기 방법이 도 17A 및 17B에서 "B"에 의해 표시된 단계로 진행한다는 것을 알려준다(point).
일단 2 차원 스캔 데이터의 한 세트가 수집되면, 시스템은 단계(4266 및 4276)에서 2 차원 "맵" 만이 구성될 것인지 여부를 결정할 것이며, 또는 물체의 3 차원 표현(representation)을 생성하기 위해 추가적인 정보가 필요하면, 라미노그래피(laminography) 또는 단층 촬영(tomography) 중 어느 하나에 관련된 알고리즘을 이용한다.
획득된 정보를 넘어서는 정보가 필요하지 않을 경우, 상기 방법은 최종 분석 단계(4290)로 진행한다. 1 차원 또는 2 차원 맵에 대한 데이터가 이전 단계에서 취해지면, 축적된 데이터는 일반적으로 본 기술 분야에 잘 알려진 다양한 영상 "스티칭(stitching)" 기술을 이용하여 사용되어, 물체의 ROI 의 엑스선 전달/흡수를 나타내는 1 차원 또는 2 차원 강도 "맵"을 합성한다.
다른 한편으로, 3 차원 정보가 필요할 경우, 다음 단계(4276)에서 진행하는 방식에 따른 결정이 이루어진다. 추가적인 데이터는 물체의 특성의 3 차원의 데이터세트를 구축하기 위해 수집되는 것이 여전히 필요할 경우, 결정 트리는 추가적인 각도로부터 데이터에 대한 요청을 전한다.
상기 방법은, 물체가 z 축에 관해 미리 결정된 각도로 축 주위에서 미리 결정된 각도 증분(angular increment)에 의해 회전되는 단계(4280)로 진행하고, 상기 방법은 도 17A 및 17B에서 "a"에 의해 표시된 단계로 진행하며, 단계(4250, 4256, 및 4260)의 루프(loop)로 돌아가는 제어 통과하여, 또 다른 회전 위치에서 엑스선 검출기로부터 데이터의 세트를 수집한다.
시스템은 이러한 단계(4250, 4256, 4260 및 4266, 4276, 및 4280)를 통해 반복되어, 데이터의 완전한 세트가 수집될 때까지 위치 및 회전의 미리 프로그램된 시퀀스에서 엑스선 정보를 수집할 것이다. 이러한 점에서, 모든 데이터 수집을 완료된 후, 시스템은 최종 분석 단계(4290)로 진행하여, 누적된 데이터를 취할 것이고, 이러한 경우에 본 기술 분야에 일반적으로 잘 알려진 다양한 영상 3 차원 분석 기술을 이용하여, 물체 ROI의 엑스선 전달/흡수의 3 차원 표현을 합성할 수 있다.
상술된 방법에 대한 변형은 또한 실시될 수 있다. 예를 들어, 고정된 회전 위치(fixed rotation position)에서 x 및 y 치수로 데이터 수집의 루프를 먼저 실행하는 대신에, 회전 설정을 변경하여 추가 데이터를 수집할 수 있으며, x 및 y 위치 설정이 고정되도록 유지할 동안 물체가 회전되는 실시예가 또한 실행될 수 있다. 또한, z 축 둘레의 물체의 회전은 영상 단층영상합성법(tomosynthesis)에서 사용될 수 있는 추가적인 정보를 제공할 수 있다.
5.　제한(Limitations) 및 확장(Extensions)
본 출원에 대해, 발명자에 의해 고려되는 최상의 모드를 포함하는 본 발명의 다양한 실시예가 개시되었다. 특정 실시예들이 제공될 수 있지만, 일부 실시예들에 대해서만 상세히 논의된 엘리먼트는 다른 실시예들에 또한 적용될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 또한, 종래 기술에 설명된 바와 같은 세부 사항 및 다양한 엘리먼트가 본 발명의 다양한 실시예에 적용될 수 있다.
특정 재료, 설계, 구성 및 제조 단계가 본 발명 및 바람직한 실시예를 설명하기 위해 제시되었지만, 이러한 설명은 제한되도록 의도되는 것은 아니다. 수정 및 변경은 당업자에게 명백할 수 있으며, 본 발명은 첨부된 청구항의 범위에 의해서만 제한되도록 의도된다.

Claims (32)

  1. 엑스선으로 물체를 검사하는 방법에 있어서,
    엑스선 소스로부터 전파되는, 엑스선 마이크로 빔의 주기적인 어레이를 미리 결정된 영역에 생성하는 단계 - 상기 미리 결정된 영역 내의 엑스선 마이크로 빔 각각은 상기 엑스선 소스를 통해 통과하는 축을 가지고, 상기 마이크로 빔 축에 따른 엑스선 강도, 및 10%보다 큰 상기 마이크로 빔 축으로부터 수직으로 측정된 엑스선 마이크로 빔의 상기 주기적인 어레이의 상기 주기의 ½과 같은 거리에서의 상기 엑스선 강도 사이의 컨트라스트를 추가적으로 가짐 - ;
    엑스선 픽셀 어레이 검출기 시스템을 위치시켜, 상기 검출기의 엑스선 센서가 상기 미리 결정된 영역 내에 있도록 하고, 상기 검출기의 픽셀이 조정되어 단지 하나의 엑스선 마이크로 빔에 대응하는 엑스선을 검출하도록 하는 단계;
    상기 엑스선 어레이 검출기 앞에 물체를 배치하고, 검사될 상기 물체의 일부를 상기 미리 결정된 영역 내에 위치시키는 단계;
    엑스선 어레이 검출기의 상기 주기적인 어레이를 상기 물체의 상기 일부로 방사하는 단계; 및
    상기 엑스선 어레이 검출기에 의해 생성되는 신호를 기록하는 단계
    를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 엑스선 마이크로 빔의 주기적인 어레이는 톨보트 간섭 패턴을 형성하는 톨보트 간섭 현상을 통해 생성되고,
    상기 엑스선 마이크로 빔은 상기 톨보트 간섭 패턴의 보강 간섭 부분의 어레이에 대응하는, 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 엑스선 마이크로 빔의 미리 결정된 서브세트만을 전달시키는 주기적인 전달 부분을 갖는 흡수 마스킹 컴포넌트를 상기 미리 결정된 영역 내에 위치시키는 단계
    를 더 포함하고,
    횡방향 양쪽으로 상기 전달 부분의 상기 주기는, 상기 톨보트 간섭 패턴의 상기 주기와 양의 정수 N의 곱과 같고,
    상기 전달 부분이 모든 N번째 마이크로 빔에 대해 중심에 있도록 상기 흡수 마스킹 컴포넌트를 정렬하는 단계
    를 더 포함하는, 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 엑스선 마이크로 빔의 미리 결정된 서브세트만을 전달시키도록 위치된, 상기 미리 결정된 영역 내에 전달 부분을 가지는 흡수 마스킹 컴포넌트를 배치하는 단계
    를 더 포함하는, 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 전달 부분의 횡방향 치수는 상기 미리 결정된 영역 내의 상기 엑스선 마이크로 빔의 상기 주기적인 어레이의 상기 주기의 ¾보다 작은, 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    둘 이상의 픽셀들이 동일한 엑스선 마이크로 빔에 대응하는 엑스선들을 검출하도록, 상기 엑스선 픽셀 어레이 검출기 시스템을 위치시키는 단계
    를 더 포함하는, 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 신호는 상기 물체를 통한 상기 엑스선 마이크로 빔의 전달에 대응하는, 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 신호는 상기 물체와 상기 엑스선 마이크로 빔의 상호 작용 현상에 대응하고,
    상기 상호 작용 현상은 흡수, 굴절, 엑스선 형광 발광, 및 작은 각도 산란으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 엑스선 마이크로 빔의 미리 결정된 서브세트만을 전달하도록 위치된, 전달 부분을 가지는 흡수 마스킹 컴포넌트를 상기 미리 결정된 영역 내에 배치하는 단계
    를 더 포함하는 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 엑스선 픽셀 어레이 검출기 시스템은,
    엑스선을 검출하고 상기 엑스선에 대응하는 신호를 생성하도록 위치되고, 신호를 생성하지 않는 엑스선 비활성 영역에 의해 분리되는, 주기적인 엑스선 활성 영역을 가지는 제1 엑스선 검출기
    를 포함하고,
    상기 주기적인 엑스선 활성 영역의 상기 주기는 상기 엑스선 마이크로 빔의 미리 결정된 서브세트만을 검출하도록 선택되는, 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 엑스선 비활성 영역은 엑스선을 전달하고,
    상기 엑스선 픽셀 어레이 검출 시스템은,
    상기 제1 엑스선 검출기를 통해 전달된 상기 엑스선을 검출하도록 위치되는 제2 엑스선 검출기
    를 더 포함하는 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 미리 결정된 영역의 엑스선 마이크로 빔의 상기 주기적인 어레이의 상기 주기는 50 마이크로미터보다 작은, 방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 미리 결정된 영역 내의 상기 축에 따른 엑스선 마이크로 빔 각각의 길이는 1 밀리미터보다 큰, 방법.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 엑스선 마이크로 빔들 중에서 하나의 엑스선 마이크로 빔의 상기 축에 대해 수직인 적어도 하나의 방향으로, 상기 물체의 상대적인 위치 및 엑스선 마이크로 빔의 상기 주기적인 어레이를 횡방향으로 1회 이상 교체하는 단계;
    각각의 횡방향 교체가 발생한 후에 상기 엑스선 어레이 검출기에 의해 생성되는 신호를 기록하는 단계; 및
    상기 기록된 신호를 사용하여 2 차원 영상을 생성하는 단계
    를 더 포함하는 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 물체의 상대적인 위치 및 엑스선 마이크로 빔의 상기 주기적인 어레이를 횡방향으로 교체하는 단계는,
    상기 물체를 횡방향으로 교체시키는 것에 의해 수행되는, 방법.
  16. 제1항에 있어서,
    0.5 도 이상의 각도로 상기 물체의 상대적인 각도 방향 및 엑스선 마이크로 빔의 상기 주기적인 어레이를 1회 이상 변경하는 단계;
    상대적인 각도 방향에서의 각각의 변경이 발생한 후에 상기 엑스선 어레이 검출기에 의해 생성되는 신호를 기록하는 단계; 및
    상기 기록된 신호를 사용하여 3 차원 영상을 생성하는 단계
    를 더 포함하는 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 물체의 상기 상대적인 각도 방향 및 엑스선 마이크로 빔의 상기 주기적인 어레이를 변경하는 단계는,
    상기 물체를 회전시키는 것에 의해 수행되는, 방법.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 컨트라스트는 20%보다 큰, 방법.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 엑스선 소스는 엑스선 생성 미세 구조의 어레이를 포함하는, 방법.
  20. 엑스선 소스, 및 미리 결정된 영역 내에서 엑스선 마이크로 빔의 주기적인 어레이를 형성하는 수단을 포함하는 엑스선 방사 빔 생성 시스템;
    검사될 물체의 적어도 일부를 상기 미리 결정된 영역 내에 위치시키는 수단; 및
    상기 물체와 엑스선 마이크로 빔의 상기 주기적인 어레이의 상호 작용으로부터 야기되는 엑스선을 검출하도록 배치되고, 상기 검출된 엑스선에 대응하는 적어도 하나의 신호를 생성하는 적어도 하나의 엑스선 픽셀 어레이 검출기
    를 포함하고,
    상기 검출기는 상기 검출기의 임의의 단일 픽셀에 의해 검출되는 상기 엑스선들이 엑스선 마이크로 빔들의 상기 주기적인 어레이로부터 상기 엑스선 마이크로 빔들 중 하나의 엑스선 마이크로 빔에 대응하도록 정렬되는, 엑스선 현미경 시스템.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 엑스선 마이크로 빔의 주기적인 어레이를 형성하는 수단은,
    상기 엑스선의 대역폭을 제한하는 수단을 더 포함하는, 엑스선 현미경 시스템.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 엑스선의 대역폭을 제한하는 수단은,
    평균 에너지 E 0 및 E 0 ± 15% 내의 에너지 대역폭을 가지는 엑스선 스펙트럼을 생성하는, 엑스선 현미경 시스템.
  23. 제21항에 있어서,
    상기 엑스선의 대역폭을 제한하는 수단은,
    엑스선 필터인, 엑스선 현미경 시스템.
  24. 제20항에 있어서,
    상기 엑스선 마이크로 빔의 주기적인 어레이를 형성하는 수단은 톨보트 간섭 패턴을 생성하는 격자 구조를 포함하고,
    엑스선 마이크로 빔의 상기 주기적인 어레이는 상기 톨보트 간섭 패턴의 엑스선 안티 노드에 대응하고,
    상기 미리 결정된 영역은 톨보트 안티 노드와 이웃 톨보트 노드 사이의 컨트라스트가 10%보다 큰 영역에 대응하는, 엑스선 현미경 시스템.
  25. 제24항에 있어서,
    검사될 상기 물체 및 엑스선 픽셀 어레이 검출기의 센서는 모두 상기 미리 결정된 영역 내에 위치되는, 엑스선 현미경 시스템.
  26. 제24항에 있어서,
    마운트가 상기 물체를 2 개의 직교 방향들로 바꿔지게 하고,
    상기 미리 결정된 영역 내에서 상기 물체를 회전시키는 수단을 더 포함하는, 엑스선 현미경 시스템.
  27. 제24항에 있어서,
    톨보트 간섭 패턴을 생성하기 위한 상기 격자 구조는,
    흡수 격자, π/2 위상 시프트 격자, π 위상 시프트 격자, 1 차원 어레이의 격자 구조, 2 차원 어레이의 격자 구조, 그리드 구조, 및 체커보드 위상 격자 구조 중 하나 이상을 포함하는, 엑스선 현미경 시스템.
  28. 제24항에 있어서,
    상기 톨보트 간섭 패턴의 상기 주기가 50 마이크로미터보다 작도록, 상기 격자 구조의 치수가 선택되는, 엑스선 현미경 시스템.
  29. 제20항에 있어서,
    미리 결정된 수의 상기 엑스선 방사 빔을 차단하도록 위치된 마스크
    를 더 포함하는, 엑스선 현미경 시스템.
  30. 제20항에 있어서,
    상기 엑스선 픽셀 어레이 검출기는,
    에너지 분석 픽셀 어레이 검출기인, 엑스선 현미경 시스템.
  31. 제20항에 있어서,
    상기 엑스선 신호를 분석하기 위한 데이터 수집 및 분석 시스템
    을 더 포함하는, 엑스선 현미경 시스템.
  32. 제20항에 있어서,
    상기 엑스선 소스는,
    진공 챔버;
    전자 빔에 대한 이미터; 및
    제1 선택 물질을 포함하는 기판, 및 상기 기판에 내장된, 엑스선 생성 특성을 위해 선택된 제2 물질을 포함하는 복수의 개별 구조들을 포함하는 전자 타겟
    을 포함하는, 엑스선 현미경 시스템.

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