TW202006777A - 測定電子點之寬度及高度 - Google Patents

Abstract

本發明概念係關於一種一X射線源中之方法，該X射線源經組態以自一相互作用區發射藉由一電子束與一目標之間的一相互作用產生之X射線輻射，該方法包括下列步驟：提供該目標；提供該電子束；相對於該目標沿著一第一方向使該電子束偏轉；偵測指示該電子束與該目標之間的該相互作用之電子；基於該等經偵測電子及該電子束之該偏轉沿著該第一方向測定該目標上之該電子束之一第一延伸；偵測藉由該電子束與該目標之間的該相互作用產生之X射線輻射；及基於該經偵測X射線輻射沿著一第二方向測定該目標上之該電子束之一第二延伸。

Description

測定電子點之寬度及高度

本文揭示之本發明大體係關於用於產生X射線輻射之方法及裝置。更準確言之，本發明係關於一電子撞擊X射線源中之一電子束與一目標之間的相互作用之特性化及控制。

可藉由容許一電子束撞擊一電子目標而產生X射線輻射。X射線源之效能特別取決於在電子束與目標之間的相互作用時產生之X射線輻射之焦點大小之特性。一般言之，需求X射線輻射之更高輝度及更小焦點大小，此需要對電子束及其與目標之相互作用之改良控制。特定言之，已經進行若干嘗試以更精確地測定且控制照射於目標上之電子束之光點大小。

US2016/0336140 A1係此一嘗試之一實例，其中藉由使電子束掃描遍及一結構化移動目標同時偵測反向散射電子而量測電子束之橫截面之一第一寬度及一第二寬度。相對於目標之運動方向側向執行掃描，且電子束旋轉90°以便在一高度方向及一寬度方向兩者上獲得橫截面之一量測。

然而，此方法與若干缺點相關聯。首先，旋轉需要束之一光電修改，該修改具有使光點之形狀變形之風險。此可降低量測之可靠性及準確性。其次，基於旋轉之技術可難以在利用聚焦於一移動目標上之一長形或線形光點之系統中實施。旋轉一線形光點，使得其長度方向沿著運動方向定向可導致目標之過熱。因此，仍需要用於產生X射線輻射之改良裝置及方法。

已經相對於一般言之X射線源中及特定言之上述引用技術中遇到之上述限制製作本發明。因此，本發明之一目的係提供用於量測照射於該X射線源之一目標上之電子束之延伸之改良技術。

因此，提供具有獨立技術方案中陳述之特徵之方法及裝置。附屬技術方案定義本發明之有利實施例。

因此，提出一種一X射線源中之方法，其中該X射線源經組態以在與該目標之一相互作用區中之一電子束相互作用時發射X射線輻射。可藉由組合指示該電子束與該目標之間的該相互作用之電子之量測與源自該相互作用區之該X射線輻射之量測而在至少兩個方向(諸如，例如一垂直方向及一水平方向)上測定該電子束之寬度或該目標上藉由該電子束形成之焦點。

該相互作用區(其中該電子束照射於該電子目標上)中之該電子束之寬度係影響該X射線產生程序之一重要因素。憑藉定位在遠離該相互作用區之一距離處之感測器區域在該相互作用區中測定該寬度並不簡單。本發明提供一種用於藉由使該電子束偏轉遍及該目標且偵測關於指示該目標處之該相互作用之電子之一回應而執行一第一方向上之一寬度量測之方法。該等經偵測電子可(例如)自該目標反向散射，由該目標吸收及/或由該目標傳遞(即，不與該目標相互作用)。該目標可(例如)包括在該電子束掃描或偏轉遍及該結構時在該經偵測電子信號中產生一對比度之一結構。該結構可(例如)係一第一材料與一第二材料之間的一介面、一狹縫或溝槽或能夠在(例如)電子吸收或反向散射中產生一對比度之其他構件。因此，藉由在此結構上方移動該電子束，經偵測電子中之該對比度可用於測定或估計該掃描方向上之該電子束之一寬度。

在一些實施例中，在一第一位置(其中該束照射於未由該電子目標遮擋之一感測器區域上)、一第二位置(其中該電子目標最大地遮擋該感測器區域)及一組適當中間位置之間執行該掃描。若該記錄感測器資料被視為依據偏轉設定，則可識別該未遮擋位置(預期之大感測器信號)與該遮擋位置(預期之小感測器信號)之間的一過渡。該過渡之寬度對應於在該電子目標處量測之該電子束之寬度。依此測定之一寬度(在偏轉器設定方面)可在偏轉器設定與在該相互作用區之高度處之該束之位移之間的關係係可得的的情況下轉換為長度單位。

在一些實施例中，在一第一位置(其中該電子束之至少一半在照射於未由該電子目標遮擋之一感測器區域上之前在該目標之一第一側上通過)及一第二位置(其中該電子束之至少一半在照射於未由該電子目標遮擋之一感測器區域上之前在該目標之一第二側上通過)之間執行該掃描。在該束自該目標之該第一側掃描至另一側時，可自經偵測電子之改變提取該電子束之一寬度。如此，亦可量測超過該目標寬度之束寬度。

有利地在垂直於該電子目標之一邊緣或其他對比度產生構件之一方向上執行該掃描；然而，將針對邊緣之該掃描角納入考慮，可藉由資料處理補償傾斜掃描方向。

可藉由本身在技術中已知之阿貝耳(Abel)變換技術處理電子感測器資料而提取關於該電子束之更詳細資訊(特定言之其形狀或強度輪廓)。

該束寬度可自藉由上述實例中揭示之類型之感測器提供之資訊導出。

本發明進一步提供一種用於藉由量測一X射線光點大小在一第二方向上執行該電子束之一寬度量測之方法。該X射線光點大小可被理解為該X射線輻射自其發出之該源之一大小或延伸。可憑藉對該經產生X射線輻射敏感之一感測器區域執行該等量測。用於測定該X射線光點大小之技術之實例可(例如)利用一針孔、一狹縫或一滾邊裝置(rollbar)以用於成像。可藉由該針孔方法獲得該X射線光點之一完整二維空間分佈，其中該狹縫及該滾邊裝置之影像分別對應於一線展開函數及一邊緣展開函數。此等例示性方法可用於藉由利用該相互作用區與該感測器區域之間的位置、經偵測信號及配置於其等之間的任何X射線光學器件之間的關係而導出該第二方向上之該X射線光點之寬度(諸如光點高度)。

該X射線光點或源光點之大小(其可被引用為該X射線源之解析力之一評估)特別取決於該電子光點之大小及該目標內之電子及光子之散射。照射電子束傾向於穿透目標材料至一特定深度，此導致大量目標材料變得活化且發射X射線輻射。然而，該X射線輻射傾向於被該目標材料減弱。該X射線輻射在離開該目標之前必須通過之目標材料愈多，其變得愈弱。該X射線光點之實際大小或有效大小可因此被測定為產生可偵測X射線輻射(即，實際離開目標之輻射)之該目標材料之X射線輻射量之大小。因此，該X射線光點之大小可用於導出使該目標材料發射該X射線輻射之該電子束之對應光點大小之瞭解。有利地，X射線光點大小與電子光點大小之間的轉換可基於該目標材料散射該等電子之趨勢、該目標材料吸收X射線輻射之能力、該等照射電子之穿透深度、該電子束之入射角及該目標之幾何結構。

本發明概念因此容許在不執行該電子光點之一旋轉的情況下在至少兩個方向(諸如，例如一橫向方向及一垂直方向)上測定該電子光點之寬度。此尤其有利於在一第一維度上具有明顯大於另一維度上之一寬度之一寬度之所謂的線形光點，且尤其在用於移動目標上時。在此等系統中，期望配置該電子光點，使得最大寬度(一線形光點之長度延伸)在旋轉軸(在一旋轉目標的情況中)之方向(即，實質上垂直於在該相互作用區處之該目標之行進方向)上跨該目標定向，且使得最小寬度(一線形光點之該厚度或高度)在該行進方向上。實驗已經展示一光點跨該行進方向儘可能寬容許在不使該目標過熱的情況下使用該電子束之一相對高之總功率。特定言之，藉由使該光點更寬，可應用更多總功率，而不增大最大功率密度或每單位長度功率。此外，若該光點在該行進方向上儘可能小或窄，則係有利的，此係由於此導致具有高亮度之一X射線源。

因此，設定且校準X射線源可為一精細任務，使得該產生之X射線輻射之效能最大化而不損壞該目標。換言之，期望儘可能接近損壞臨限值操作該X射線源及特定言之該電子源而並不實際超過該臨限值。考慮到此，可能難以旋轉一經校準且最佳化之光點以便測定其大小，且熟習此項技術者可期望在該等量測期間降低該電子束之該總功率以便保護該目標不受潛在損壞影響。藉由旋轉一線形電子光點，使得其對準於該目標材料之該行進方向上，該目標材料曝露於該電子束達一增加時間段且因此可過熱。本發明概念提供對此挑戰之一解決方案，此係由於其容許既沿著該目標之該行進方向又允許在一正交方向上量測該電子光點，同時維持該電子束之原始定向及總功率。

如已經提及，用於測定該第一方向上之該光點寬度之該等經量測或偵測電子可為照射於該感測器區域而非該目標上之電子。換言之，該等電子可藉由該電子源產生且具有容許其等向該感測器區域傳遞之一軌道。

替代地或另外，亦可研究自該目標發射之電子。此等電子在該電子束輻射於該目標上時反向散射，且包括在該目標材料內側彈性散射且自其發射之反衝電子。應瞭解，反向散射電子之數目可指示照射於該目標上之電子數目，且因此隨著掃描遍及該目標之該電子束變化。

在另一實例中，亦可研究二次電子。二次電子可被視為具有比該電子束之電子更低能量之電子，且可經產生作為電離產物。

在一進一步實例中，可偵測藉由該目標吸收之電子以便指示該目標與該電子束之相互作用。該等經吸收之電子可藉由一偵測裝置(諸如，例如連接至該目標之一電流計)偵測。

可控制該電子束，使得供應至該目標之一功率密度(或電流、強度或熱負載)維持低於一預定限制以避免該目標之過熱、熱引發之損害及/或過量碎片產生。存在量測且界定該目標上之該熱負載之若干方式。一個選項係測定該功率密度作為該電子束之總功率與該目標上之該電子光點之面積之間的比。替代地，可取而代之考慮供應至該目標之各點之最大功率。在橫向於一移動目標之該行進方向定向之一線形光點的情況中，可有利地量測沿著該光點之該長度方向之一功率密度分佈。

因此，藉由能夠測定一第一方向及一第二方向上之該電子光點之一寬度，可測定與該目標相互作用之該等電子之功率密度或功率密封分佈。繼而，此可容許相應地控制該電子源，使得該X射線源可更接近損害臨限值(在該臨限值下，可發生目標損壞及過量碎片產生)且因此按一更高效能操作。

注意，出於本發明之目的，該電子束可藉由其遞送一特定功率至該目標的能力而特性化。已知被定義為每單位時間遞送至該目標之能量之總量之功率可藉由每單位時間遞送之電子之能量(及總數(或通量))測定。該目標之每單位面積(或單位長度)遞送功率可被稱為功率密度，其可被視為表示該目標之該電子光點區之每單位面積(或單位長度)之一平均功率。在本發明之內容背景中，術語「功率密度輪廓」及「功率密度分佈」可互換地使用來表示該目標之一特定區內之該功率密度之局部分佈。引入此等術語來獲知該功率密度可遍及該電子束之一橫截面變化，使得該目標上之該電子光點之不同部分可曝露於不同熱負載之事實。

根據一實施例，指示該電子束之該功率密度之一數量可藉由相對於該目標沿著一第一方向使該電子束偏轉且偵測指示該電子束與該目標之間的該相互作用之電子而測定。該數量可為沿著該第一方向之功率密度輪廓。然而，測定(例如)沿著該第一方向之該電子束之一延伸或沿著該第一方向之該功率密度之一最大值可為足夠的。此外，可調整該電子束以獲得一些所需效應，同時將該功率密度維持低於一預定限制。此可對應於保持指示低於一特定值之一功率密度之該數量。可不要求該數量與該實際功率密度之間的準確對應來達成預期目的(即，調整該電子束以最佳化射出X射線輻射而不使該目標過載)。

根據一實施例，可調整該電子束，使得該目標上之該電子束之第二延伸減小，同時維持該目標上之該電子束之第一延伸。在該目標上之該電子光點實質上係線形的情況中，本發明實施例可被理解為減小該光點之該線厚度同時維持其長度之一方式。

在下文中，將描述本發明之一實例實施例之組態。在此特定實施例中，該電子目標可為一移動目標(諸如一旋轉固體目標或一液體金屬噴流目標)，其在可實質上垂直於該X射線源之光電軸之一方向上行進，該電子束沿著該光電軸行進至該相互作用區。根據一實施例，藉由此一設定產生之該X射線輻射可通過沿著實質上垂直於該行進方向及該光電軸兩者之一軸定向之一X射線透明窗離開。自該電子源之視角觀看該相互作用區，此方向可被稱為相對於該目標「側向」或橫向。該X射線感測器可經配置於相對於該相互作用區之不同位置處。然而，因為空間，可期望將該X射線感測器沿著穿過該X射線窗及該相互作用區之軸配置於該目標之與該X射線窗相對之側處。在此位置，該X射線感測器將自該側觀看該目標，及因此該X射線光點，從而容許其恰當地獲得一影像，可自該影像測定該目標之該行進方向上之該X射線光點之延伸。然而，使用該電子感測器測定另一、橫向方向上之該電子光點之延伸具有一明顯優勢，該電子感測器(例如)可相對於該電子束配置於該目標之下游。

根據其中該X射線源係包括聚焦X射線光學器件之一系統之部分之一實施例，該X射線感測器可經配置於該等光學器件之焦平面中，即，在其中該等X射線光學器件將產生該X射線光點之一影像之平面中。憑藉對該等光學器件之放大率之瞭解，可自該焦平面中執行之量測計算該X射線光點之大小。在包括其中期望最大X射線通量之聚焦X射線光學器件之一實施例中，量測該X射線通量且調整該電子光點之高度以增大該經量測X射線通量同時保持該寬度恆定以保持該目標上之熱負載恆定可能係足夠的。在此實施例中，將一X射線敏感二極體用作X射線感測器可能係足夠的。在此情況中，無法獲得該電子光點之絕對高度。

在一些實施例中，期望提供具有儘可能小之一高度之一X射線光點。此可藉由調整該電子束，使得電子光點高度減小，較佳地同時將該功率密度維持低於一預定限制而達成。為了確保該X射線光點高度實際上減小，可必要地較佳地憑藉該X射線感測器提供該X射線光點高度之一相對或絕對量測。

在一些應用中，期望最大化憑藉一光學元件(諸如一針孔、狹縫或鏡)傳輸之總X射線通量(即，每單位時間之光子)。在此情況中，可調整電子束，使得指示總傳輸通量之一感測器讀數增大，較佳地同時將該功率密度維持低於一預定限制。

在一些應用中，可期望最大化一特定區域中之X射線通量密度(即，每單位時間及單位面積之光子)。在此情況中，可調整該電子束，使得指示該區域中之該X射線通量密度之一感測器讀數增大，較佳地同時將該功率密度維持低於一預定限制。

無關於是否期望最大化該X射線通量或該X射線通量密度，可要求指示相關X射線通量(例如，藉由一光學元件傳輸之X射線通量或傳輸通過一特定區域之X射線通量)之一量測。可基於在其上方量測通量之實際面積計算該X射線通量密度，前提是面積係已知的。然而，針對該X射線源之一給定設定，增加該X射線通量或該X射線通量密度可對應於增加指示相關X射線通量之量測。該相關X射線通量可藉由增大藉由其中產生促成相關X射線通量之X射線輻射之該相互作用區之一部分接收之電子通量而增大。在此等情況之任一者中皆不必測定該X射線光點之延伸。

若藉由該電子束與該目標之間的相互作用產生之該X射線輻射之部分並不促成該經量測X射線通量(例如，歸因於用於量測該X射線通量之組件之幾何結構約束及/或視野限制)，則該電子束之高度及因此該X射線光點之高度可減小以便容許一較大分率之該經產生X射線輻射到達該X射線感測器。若功率密度已低於且足夠接近預定限制，則電子束寬度可保持實質上恆定，同時減小高度。

根據一實施例，可提供如上文描述之一X射線源，但無X射線感測器。替代地，該X射線源可包括經組態以接收指示在一X射線感測器或偵測器接收之一X射線通量之一信號之一輸入埠。該X射線感測器可在該X射線源外部，且經配置以接收藉由該X射線源產生之一X射線通量。該輸入埠可因此通信連接至該X射線感測器以接收該信號，且可操作地連接至該控制器，使得該信號可由該控制器在調整該電子束時使用來增大藉由該X射線源產生且藉由該X射線感測器接收之該X射線通量。較佳地，該控制器可調整該電子束，使得藉由該感測器接收之該X射線通量增大，同時將該功率密度維持低於一預定限制。此實施例可有利於其中亦可需要一X射線感測器用於其他目的之應用。

根據一實施例，該X射線源可包括能夠提供指示至少兩個不同方向上之X射線光點之延伸之資料之一X射線感測器。因此，不僅可測定該X射線光點之高度而且可測定如該X射線感測器所見之該X射線光點之寬度(亦被稱為投影寬度)。此可有利在於該投影寬度之改變可指示該X射線源之一不佳效能。該投影寬度之改變之原因可包含該目標或電子束之形狀之改變。在包括一液體噴流目標之實施例中，該投影寬度之改變可由該體噴流之橫截面形狀中之偏差造成，其可被視為不穩定之一標誌。該投影寬度之改變之另一可能原因可為該電子束之不對稱性，此繼而可由用作該電子束之源之一陰極之老化造成。

至少在一些情況中，可調整該電子束以補償該X射線光點之該投影寬度之改變。在一些實施例中，沿著該第一方向移動該電子束可影響該投影寬度。電子束功率密度中之不對稱性可要求該電子束之總功率減小以避免該目標之局部過熱。此外，在一些應用中，可要求一特定X射線光點形狀。此之一實例將為一圓形光點之一要求。在此情況中，可調整該電子束，使得X射線光點高度及投影寬度彼此接近，同時將該功率密度維持低於一預定限制。

根據一實施例，在該X射線源之壽命內重複電子光點寬度及高度之量測以確保隨時間之一致效能。若偵測到光點大小之一改變，則可應用補償至一光電系統以對此等改變進行調整。

應瞭解，亦設想其他組態，且上文論述之方向(諸如彼此正交之光電軸、行進方向及X射線傳播方向)僅為用於幫助闡明本發明概念之實例。然而，其他組態、相對定向及配置在隨附發明申請專利範圍之範疇內係可能的且將結合附圖進一步詳細描述。

出於本申請案之目的，一「感測器」或 「感測器區域」可指代適用於偵測照射於該感測器上之一電子束或X射線輻射之存在(及(若適用)功率或強度)之任何感測器；其亦可指代此感測器之一部分。舉若干實例，感測器可為一電荷敏感區域(例如，經由電流計接地之導電板)、一閃爍器、一光感測器、一電荷耦合裝置(CCD)或類似者。

電子感測器或感測器配置不必在由光電構件界定之一光電軸上居中。已知相對於系統之光軸及/或相互作用區之位置之感測器位置可能係足夠的。

電子束之寬度可被定義為電子束強度分佈之半峰全寬，如在該電子束之一橫截面中所見。該電子束之該寬度可被稱為該電子束在照射於該目標上時之「光點大小」或「焦點大小」。X射線光點之寬度可以一類似方式定義，即，被定義為空間強度分佈之FWHM。

在考慮電子光點時，術語「光點大小」可指代一個或若干個方向上之一延伸，或電子束之一橫截面面積。因此，術語「第一延伸」及「第二延伸」可指代目標上之光點之一第一直徑及一第二直徑或一第一橫截面長度及一第二橫截面長度。此等方向不必係正交的。然而，在一些實施例中，其等可係正交的，且可進一步被稱為光點之一高度及一寬度，或一垂直延伸及一橫向延伸。

該相互作用區可指代其中產生X射線輻射之該目標之一表面或體積。特定言之，該相互作用區可指代其中產生可經由該X射線源之一X射線窗傳輸之X射線輻射之一表面或體積。在一個實例中，在該相互作用區之該表面處之該電子束之寬度被定義為電子束強度分佈之半峰全寬。該目標上之該相互作用區之該表面可被稱為該電子束之一「光點大小」。一般言之，該相互作用區可因為該目標內之電子散射而具有比該電子束光點大小寬之一橫截面。

在本申請案之內容背景中，術語「顆粒」、「污染物」及「蒸氣」可指代X射線源之操作期間產生之自由顆粒(包含碎片、液滴及原子)。此等術語可貫穿該申請案可互換地使用。因此，該等顆粒可歸因於目標之材料至蒸氣之一相轉變而產生。蒸發及沸騰係此一轉變之兩個實例。此外，顆粒(諸如，例如碎片)可藉由(例如)一固體目標之過熱及一液體目標之飛濺、重度撞擊或擾動產生。因此，應認識到，本發明中指涉之該等顆粒不必限於源自一蒸發程序之顆粒。

將瞭解，該目標可為靜止或旋轉類型之一固體目標或一液體目標。在本申請案之內容背景中，術語「液體目標」或「液體陽極」可指代被迫使通過一噴嘴且傳播通過該X射線源之一真空腔室之一內部之一液體噴流、一流或液體流。儘管該噴流一般言之可由液體之一基本上連續流動或流形成，但將瞭解，該噴流另外或替代地可包括複數個液滴或甚至由複數個液滴形成。特定言之，液滴可在與該電子束相互作用時產生。液滴之群組或叢集之此等實例可由術語「液體噴流」或「目標」涵蓋。該液體目標之替代性實施例可包含多個噴流、一池靜止或旋轉液體、在一固體表面上方流動之液體或由固體表面約束之液體。

將瞭解，該目標之該液體可為較佳地具有低熔點之一液體金屬(諸如，例如銦、錫、鎵、鉛或鉍或其等之一合金)。液體之進一步實例包含(例如)水及甲醇。

根據其中該液體目標經提供為一液體噴流之一實施例，該X射線源可進一步包括包括一閉合迴路循環系統之一系統或配置於該系統中。該循環系統可定位於經配置用於接收該相互作用區下游之液體目標材料之一收集貯槽與經配置用於產生該液體噴流之一目標產生器之間，且可經調適以使該液體噴流之經收集液體循環至該目標產生器。該閉合迴路循環系統容許該X射線源之連續操作，此係由於液體可再使用。

所揭示之技術可體現為用於控制一可程式化電腦，使得其使一X射線源執行上文概述之方法之電腦可讀指令。此等指令可以包括儲存該等指令之一非揮發性電腦可讀媒體之一電腦程式產品之形式分佈。

將瞭解，上文針對根據上文第一態樣之方法描述之實施例中之任一特徵可與根據本發明之第二態樣之X射線源組合，且反之亦然。

在研究以下實施方式、圖式及所附發明申請專利範圍時將變得瞭解本發明之進一步目標、特徵及優勢。熟習此項技術者將認識到，可組合本發明之不同特徵以產生除了下文中描述之該等實施例以外之實施例。

首先參考圖1a，繪示根據本發明之一些實施例之一X射線源100a之一橫截面側視圖。X射線源100a包括此處在橫截面視圖中藉由一圓繪示之一目標110a。然而，設想目標110a可呈其他形狀或形式，且特定言之，應注意，目標110a可為一液體目標、一旋轉目標、一固體目標或能夠藉由與一電子束相互作用產生X射線輻射之任何其他類型之目標。

X射線源100a進一步包括一電子源114a，該電子源114a可操作以產生沿著一光電軸行進且與目標110a相互作用以產生X射線輻射之一電子束116a。在所繪示之實例中，一第一數量之經產生X射線輻射118a在沿著實質上垂直於光電軸之一軸之一離開方向上離開X射線源100a。一第二數量之經產生X射線輻射119a在與離開方向相反之一方向上，朝向一X射線感測器121a (即，一第二感測器) 行進。X射線源100a亦包括一電子偵測器128a (即，一第一感測器)，該電子偵測器128a經組態以偵測指示電子束與目標之間的相互作用之電子。特定言之，電子偵測器128a經組態以接收通過目標110a之電子束116a之至少部分。電子偵測器128a在此處相對於光電軸配置於目標110a之下游。如從本發明易於理解，第一感測器(例如，電子偵測器128a)可經配置於其他位置處，且可經組態以偵測(例如)反向散射電子、二次電子、通過目標110a之電子、在目標110a中吸收之電子及類似物。

現參考圖1b，繪示包括一液體金屬噴流目標之根據一實施例之一X射線源之一橫截面側視圖。所繪示之X射線源100b利用一液體噴流110b作為電子束之一目標。然而，如熟習此項技術者易於瞭解，其他類型之目標(諸如移動目標或旋轉固體目標)在本發明概念之範疇內同樣係可能的。此外，X射線源100b之一些所揭示特徵僅被包含作為可能之實例，且對X射線源100b之操作而言可係不必要的。

如在圖1b中指示，一低壓腔室或真空腔室102b可藉由一殼體104b及一X射線透明窗106b界定，該X射線透明窗106b將低壓腔室102b與大氣氛圍分離。X射線源100b包括一液體噴流產生器108b，該液體噴流產生器108b經組態以形成沿著一流動軸F移動之一液體噴流110b。液體噴流產生器108b可包括一噴嘴，液體(諸如，例如液體金屬)可透過該噴嘴射出以形成朝向且通過一相交區112b傳播之液體噴流110b。液體噴流110b朝向相對於流動方向配置於液體噴流產生器108b下方之一收集配置113b傳播通過相交區112b。X射線源100進一步包括一電子源114b，該電子源114b經組態以提供沿著一光電軸引導朝向相交區112b之一電子束116b。電子源114b可包括用於產生電子束116b之一陰極。在相交區112b中，電子束116b與液體噴流110b相互作用以產生X射線輻射118b，該X射線輻射118b經由X射線透明窗106b傳輸出X射線源100b。一第一數量之X射線輻射118b在此處在實質上垂直於電子束116b之方向(即，光電軸)及流動軸F之一離開方向D₁ 上引導離開X射線源100b。

形成液體噴流之液體藉由收集配置113b收集，且隨後藉由一泵120b經由一循環路徑122b循環至液體噴流產生器108b，其中該液體可再使用以連續產生液體噴流110b。

仍參考圖1b，X射線源100b在此處包括一電子偵測器128b (即，一第一感測器)，該電子偵測器128b經組態以接收通過液體噴流110b之電子束116b之至少部分。如自電子源114b之一視點所見，電子偵測器128b在此處配置於相交區112b後方。應理解，電子偵測器128b之形狀在此處僅示意性繪示，且電子偵測器128b之其他形狀在本發明概念之範疇內可係可能的。X射線源100b亦包括一X射線感測器121b (即，一第二感測器)，該X射線感測器121b經組態以偵測藉由電子束與目標之間的相互作用產生之X射線輻射。X射線感測器121b在此處配置於目標110b相對於X射線窗106b之一相對側上。特定言之，X射線感測器121b可經配置，使得在實質上垂直於流動軸F及光電軸之一方向D₂ 上，藉由電子束116b與目標100b之間的相互作用產生之一第二數量之X射線輻射119b可到達X射線感測器121b。

現參考圖2，繪示包括一液體金屬噴流目標之根據一實施例之一X射線源200之一示意性透視圖。所繪示之X射線源200利用一液體噴流210作為電子束之一目標。然而，如熟習此項技術者易於瞭解，其他類型之目標(諸如移動目標或旋轉固體目標)在本發明概念之範疇內同樣係可能的。此外，X射線源200之一些所揭示特徵僅被包含作為可能之實例，且對於X射線源200之操作而言可能係不必要的。

X射線源200一般包括一電子源214、246及一液體噴流產生器208，液體噴流產生器208經組態以形成充當一電子目標之一液體噴流210。X射線源200之組件定位於一氣密外殼242中，存在可如圖式中展示定位於外殼242外側之一電源244及一控制器247之可能例外。藉由電磁相互作用運作之各種光電組件亦可定位於外殼242外側，前提是外殼242不在任何顯著程度上屏蔽電磁場。因此，若外殼242由具有低磁導率之一材料(例如，沃斯田鐵不鏽鋼)製成，則此等光電組件可定位於真空區外側。

電子源一般包括一陰極214，該陰極214藉由電源244供電且包含一電子發射器246 (例如，一熱離子、熱場或冷場帶電粒子源)。通常，電子能量可在自約5 keV至約500 keV之範圍中。來自電子源之一電子束朝向一加速孔隙248加速，此時其進入包括對準板250之一配置、透鏡252及偏轉板254之一配置之一光電系統。對準板250、透鏡252及偏轉板254之可變性質可藉由由控制器247提供之信號控制。在所繪示之實例中，對準板250及偏轉板254可操作以在至少兩個橫向方向上加速電子束。在初始校準之後，對準板250通常在X射線源200之一整個工作週期內維持於一恆定設定，而偏轉板254用於在X射線源200之使用期間動態掃描或調整一電子光點位置。透鏡252之可控制性質包含其等各自之聚焦力(焦距)。雖然圖式象徵性地描繪對準、聚焦及偏轉構件以暗示其等具有靜電類型，但本發明同樣地可藉由使用電磁設備或靜電及電磁光電組件之一混合物良好體現。X射線源可包括像差補償器(stigmator)線圈253，該等像差補償器線圈253可提供達成電子光點之一非圓形形狀。

在光電系統之下游，一傳出電子束I₂ 在一相交區212中與液體噴流210相交。此係可發生X射線產生之處。X射線輻射可在不與電子束重合之一方向上自外殼242引出。持續通過相交區212之電子束I₂ 之任何部分可到達一電子偵測器228。在所繪示之實例中，電子偵測器228簡單地係經由一電流計256接地之一導電板，該電流計256提供藉由相交區212下游之電子束I₂ 攜載之總電流之一近似量測。如圖展示，電子偵測器228經定位為與相交區212相距一距離D，且因此不干擾X射線源200之正常操作。在電子偵測器228與外殼242之間，存在電絕緣，使得可容許電子偵測器228與外殼242之間的一電位差。雖然電子偵測器228被展示為自外殼242之內壁突出，但應理解，電子偵測器228亦可經安裝為與外殼壁齊平。電子偵測器可進一步配備一孔隙，該孔隙經配置使得照射於孔隙內側之電子可藉由電子偵測器記錄，而照射於孔隙外側之電子無法被偵測到。

外殼242之一下部分、用於自外殼242排空空氣分子之一真空泵或類似構件、用於收集及再循環液體噴流之容器及泵在此圖上未展示。亦應理解，控制器247可存取來自電流計256之實際信號。

X射線源200可進一步包括類似於圖1b中之組件106b及121b之一X射線透明窗(未展示)及一X射線偵測器(未展示)。所描述之光電系統可用於基於來自電子偵測器228及/或X射線偵測器(未展示)之量測調整電子束延伸。藉由調整聚焦透鏡252及像差補償器線圈253兩者，可在沿著及垂直於液體噴流210之流動方向之方向上獨立調整電子焦點之電子寬度。

現參考圖3a及圖3b，繪示根據本發明之實施例之一目標上之一電子焦點之不同實例。

在圖3a中，在一目標310a上展示一非圓形電子焦點358a。電子焦點358a在此處經定向使得其最長延伸(此處為一寬度360a)沿著垂直於目標310a之一行進方向T之一方向配置。電子焦點358a之最窄或最短延伸(此處為長度362a)沿著行進方向T配置。此一配置可容許在不使目標310a過熱的情況下使用電子束之一相對高之總功率。寬度360a可至少為長度362a之兩倍長，諸如至少四倍長。在一實施例中，寬度360a可在40 µm與80 µm之間，相應地，長度362a可在10 µm與20 µm之間。可有利地使用此等間隔內之不同組合。

在圖3b中，在一目標310b上展示一非圓形電子焦點358b。電子焦點358b在此處經定向使得其最短延伸(此處為一寬度360b)沿著垂直於目標310b之一行進方向T之一方向配置。電子焦點358b之最寬或最長延伸(此處為長度362b)沿著行進方向T配置。此一配置可施加一不必要負載於目標310b上，此相較於結合圖3a揭示之配置增大在電子束之一給定總功率下使目標310b過熱之風險。

現參考圖4，繪示一電子焦點大小458與藉由電子束與一目標(即，相互作用區464)之間的相互作用產生之X射線輻射之間的關係之一實例。應注意，此圖不必按比例繪製，且所繪示之特徵之形狀係非限制性的而僅為可能形狀之一實例。應進一步注意，所繪示之實例僅為界定電子焦點大小及其中產生X射線輻射之相互作用區之一個方式，且可在不脫離本發明概念之範疇的情況下做出其他定義。

展示一目標410之部分，在其上繪示一電子焦點大小458及一相互作用區468。可注意，相互作用區468及電子焦點大小458重疊。目標410下方之圖表繪示沿著目標410上指示之線A-A之電子束之一強度分佈之性質。

如本發明中定義，相互作用區468對應於強度分佈之半峰全寬I_max 。同樣地，如藉由陰影區域470繪示，一些電子並不促成X射線輻射之產生且可在一些方面被視為浪費。圖表472下方之區域470反映不促成X射線輻射之產生之電子之功率。類似地，圖表472下方之區域474反映促成X射線輻射之產生之電子之功率。

現參考圖5，繪示根據一實施例之一X射線源500之一示意性表示。X射線源500包括：一第一感測器578，其經調適以偵測指示電子束與目標之間的相互作用之電子；一第二感測器580，其經調適以偵測藉由電子束與目標之間的相互作用產生之X射線輻射；及一控制器547，其可操作地連接至第一感測器、第二感測器及光電構件(未繪示)。

現將參考圖6描述根據本發明概念之一X射線源中之一方法。為清晰及簡明起見，將依據「步驟」描述方法。強調，步驟未必係在時間上定界或彼此分離之程序，且可以一並行方式同時執行超過一個「步驟」。

經組態以自一相互作用區發射藉由一電子束與一目標之間的一相互作用產生之X射線輻射之X射線源中之方法包括提供目標之步驟682、提供電子束之步驟684、相對於目標沿著一第一方向使電子束偏轉之步驟686、偵測指示電子束與目標之間的相互作用之電子之步驟688、基於經偵測電子及電子束之偏轉沿著第一方向測定目標上之電子束之一第一延伸之步驟690、偵測藉由電子束與目標之間的相互作用產生之X射線輻射之步驟692及基於經偵測X射線輻射沿著一第二方向測定目標上之電子束之一第二延伸之步驟694。

熟習此項技術者決不限於上文描述之實例實施例。相反地，在隨附發明申請專利範圍之範疇內諸多修改及變動係可能的。特定言之，包括超過一個目標或超過一個電子束之X射線源及系統在本發明概念之範疇內係可設想的。此外，本文描述之類型之X射線源可有利地與針對藉由以下項例示但不限於以下項之特定應用定製之X射線光學器件及/或偵測器組合：醫療診斷、非破壞性測試、微影術、晶體分析、顯微術、材料科學、顯微表面物理學、藉由X射線繞射之蛋白質結構測定、X射線光譜術(XPS)、臨界尺寸小角度X射線散射(CD-SAXS)及X射線螢光(XRF)。另外，熟習此項技術者在實踐本發明時可自圖式、揭示內容及隨附發明申請專利範圍之一研究來理解及執行對所揭示實例之其他變化。在互異之附屬發明申請專利範圍中敘述特定措施之純粹事實並不指示此等措施之一組合無法優化使用。

100a‧‧‧X射線源 100b‧‧‧X射線源 102b‧‧‧低壓腔室 104b‧‧‧殼體 106b‧‧‧X射線透明窗 108b‧‧‧液體噴流產生器 110a‧‧‧目標 110b‧‧‧液體噴流 112b‧‧‧相交區 113b‧‧‧收集配置 114a‧‧‧電子源 114b‧‧‧電子源 116a‧‧‧電子束 116b‧‧‧電子束 118a‧‧‧X射線輻射 118b‧‧‧X射線輻射 119a‧‧‧X射線輻射 120b‧‧‧泵 121a‧‧‧X射線感測器 121b‧‧‧X射線感測器 122b‧‧‧循環路徑 128a‧‧‧電子偵測器 128b‧‧‧電子偵測器 200‧‧‧X射線源 208‧‧‧液體噴流產生器 210‧‧‧液體噴流 212‧‧‧相交區 214‧‧‧電子源 228‧‧‧電子偵測器 242‧‧‧外殼 244‧‧‧電源 246‧‧‧電子源 247‧‧‧控制器 248‧‧‧孔隙 250‧‧‧對準板 252‧‧‧透鏡 253‧‧‧像差補償器線圈 254‧‧‧偏轉板 256‧‧‧電流計 310a‧‧‧目標 310b‧‧‧目標 358a‧‧‧電子焦點 358b‧‧‧電子焦點 360a‧‧‧寬度 360b‧‧‧寬度 362a‧‧‧長度 362b‧‧‧長度 410‧‧‧目標 458‧‧‧電子焦點大小 464‧‧‧相互作用區 470‧‧‧陰影區域 472‧‧‧圖表 474‧‧‧區域 500‧‧‧X射線源 547‧‧‧控制器 578‧‧‧第一感測器 580‧‧‧第二感測器 682‧‧‧步驟 684‧‧‧步驟 686‧‧‧步驟 688‧‧‧步驟 690‧‧‧步驟 692‧‧‧步驟 694‧‧‧步驟 D‧‧‧距離 D₁‧‧‧離開方向 D₂‧‧‧光電軸之一方向 F‧‧‧流動軸 I₂‧‧‧電子束 T‧‧‧ 行進方向

現將參考附圖出於例示之目的描述本發明，圖上：

圖1a係根據本發明之一些實施例之一X射線源之一示意性、橫截面側視圖。

圖1b係根據包括一液體金屬噴流目標之一實施例之一X射線源之一示意性、透視圖；

圖2係根據包括一液體金屬噴流目標之一實施例之一X射線源之一示意性透視圖；

圖3a及圖3b繪示根據本發明之實施例之一目標上之一電子焦點之不同實例；

圖4繪示一電子束與藉由電子束與一目標之間的相互作用產生之X射線輻射之間的關係；

圖5係根據一實施例之一系統之一示意性表示；及

圖6示意性繪示根據一實施例之一方法。

所有圖係示意性的，而不必按比例繪製，且通常僅展示闡明本發明所必要之部分，其中其他部分可省略或僅建議。

200‧‧‧X射線源

208‧‧‧液體噴流產生器

210‧‧‧液體噴流

212‧‧‧相交區

214‧‧‧電子源

228‧‧‧電子偵測器

242‧‧‧外殼

244‧‧‧電源

246‧‧‧電子源

247‧‧‧控制器

248‧‧‧孔隙

250‧‧‧對準板

252‧‧‧透鏡

253‧‧‧像差補償器線圈

254‧‧‧偏轉板

256‧‧‧電流計

D‧‧‧距離

I₂‧‧‧電子束

Claims (23)

1. 一種一X射線源中之方法，該X射線源經組態以自一相互作用區發射藉由一電子束與一目標之間的一相互作用產生之X射線輻射，該方法包括下列步驟： 提供該目標； 提供該電子束； 相對於該目標沿著一第一方向使該電子束偏轉； 偵測指示該電子束與該目標之間的該相互作用之電子； 基於該等經偵測電子及該電子束之該偏轉沿著該第一方向測定該目標上之該電子束之一第一延伸； 偵測藉由該電子束與該目標之間的該相互作用產生之X射線輻射；及 基於該經偵測X射線輻射沿著一第二方向測定該目標上之該電子束之一第二延伸。
2. 如請求項1之方法，其中該目標部分遮擋一感測器區域，該方法進一步包括： 在該目標與該感測器區域之一未遮擋部分之間使該電子束之至少一部分偏轉。
3. 如請求項1或2之方法，其中該等經偵測電子係以下之至少一者：二次電子、反向散射電子、通過該目標之電子及在該目標中吸收之電子。
4. 如請求項1之方法，其進一步包括基於該經偵測X射線輻射測定該相互作用區之一大小。
5. 如請求項4之方法，其中沿著該第二方向測定該相互作用區之該大小。
6. 如請求項1之方法，其中該電子束形成該目標上之一光點，該光點在該第一方向上比在該第二方向上寬。
7. 如請求項6之方法，其中該光點係線形的。
8. 如請求項1之方法，其中該第一方向實質上垂直於該第二方向。
9. 如請求項8之方法，其中該目標沿著該第二方向移動。
10. 如請求項1之方法，其進一步包括： 基於該電子束之該經測定第一延伸及該經測定第二延伸之至少一者調整該電子束之一強度，使得將供應至該目標之一功率密度維持低於一預定限制。
11. 如請求項1之方法，其進一步包括調整該電子束，使得該目標上之該電子束之該第二延伸減小，同時維持該目標上之該電子束之該第一延伸。
12. 一種經組態以發射X射線輻射之X射線源，其包括： 一目標； 一電子源，其可操作以產生在一相互作用區中與該目標相互作用以產生X射線輻射之一電子束； 一光電構件，其用於控制該電子束； 一第一感測器，其經調適以偵測指示該電子束與該目標之間的該相互作用之電子； 一第二感測器，其經調適以偵測藉由該電子束與該目標之間的該相互作用產生之X射線輻射；及 一控制器，其可操作地連接至該第一感測器、該第二感測器及該光電構件； 其中： 該光電構件經組態以相對於該目標在一第一方向上使該電子束偏轉； 該控制器經調適以： 基於該等經偵測電子及該電子束之該偏轉沿著該第一方向測定該目標上之該電子束之一第一延伸；及 基於該經偵測X射線輻射沿著一第二方向測定該目標上之該電子束之一第二延伸。
13. 如請求項12之X射線源，其中該目標為經組態沿著該第二方向移動之一移動目標。
14. 如請求項12之X射線源，其中該目標為沿著該第二方向傳播之一液體目標。
15. 如請求項13或14之X射線源，其中該第二感測器經配置以偵測在實質上垂直於該電子束及該目標之該移動方向之一方向上傳播之X射線輻射。
16. 如請求項12至14中任一項之X射線源，其中該光電構件經配置以提供該目標上之該電子束之一長形橫截面，其中該橫截面之最大直徑實質上平行於該第一方向。
17. 一種一X射線源中之方法，該X射線源經組態以自一相互作用區發射藉由一電子束與一目標之間的一相互作用產生之X射線輻射，該方法包括下列步驟： 提供該目標； 提供該電子束； 相對於該目標沿著一第一方向使該電子束偏轉； 偵測指示該電子束與該目標之間的該相互作用之電子； 基於該等經偵測電子及該電子束之該偏轉沿著該第一方向測定指示該目標上之該電子束之一功率密度之一數量； 量測藉由該電子束與該目標之間的該相互作用產生之一X射線通量； 憑藉一控制器調整該目標上之該電子束，使得該經量測X射線通量增大，且將該功率密度維持低於一預定限制。
18. 如請求項17之方法，其中調整該電子束之該步驟包括在垂直於該第一方向之一方向上調整該目標上之該電子束之一延伸以增大該經量測X射線通量。
19. 如請求項17或18之方法，其中調整該電子束之該步驟包括沿著該第一方向維持該目標上之該電子束之一延伸以將該功率密度維持低於一預定限制。
20. 如請求項17或18之方法，其中調整該電子束之該步驟包括改變該電子束之一焦點及該電子束之一形狀兩者。
21. 如請求項17或18之方法，其中調整該電子束之該步驟包括改變該電子束之一強度。
22. 一種經組態以發射X射線輻射之X射線源，其包括： 一目標； 一電子源，其可操作以產生在一相互作用區中與該目標相互作用以產生X射線輻射之一電子束； 一光電構件，其用於控制該電子束； 一第一感測器，其經調適以偵測指示該電子束與該目標之間的該相互作用之電子； 一輸入埠，其經配置以自接收來自該X射線源之X射線輻射之一偵測器接收一信號，其中該信號指示藉由該偵測器接收之一X射線通量；及 一控制器，其可操作地連接至該第一感測器、該輸入埠及該光電構件； 其中： 該光電構件經組態以相對於該目標在一第一方向上使該電子束偏轉；及 該控制器經調適以： 基於該等經偵測電子及該電子束之該偏轉沿著該第一方向測定指示該目標上之該電子束之一功率密度之一數量；及 調整該電子束，使得將該功率密度維持低於一預定限制，且使得指示自該源接收之該X射線通量之該信號增大。
23. 如請求項22之X射線源，其中該光電構件包括一聚焦透鏡及至少一個像差補償器線圈。

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