校直和聚焦x射線源內(nèi)的電子束的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本文所公開的發(fā)明主要涉及一種自動校準(zhǔn)的電子光學(xué)系統(tǒng)。更準(zhǔn)確地，本發(fā)明涉 及一種用于自動地校直和/或聚焦電子轟擊X射線源(特別地是液體-射流X射線源）內(nèi)的電 子束的裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 光學(xué)系統(tǒng)的性能通常對于沿系統(tǒng)的光軸行進(jìn)的射線是最理想的。因此，光學(xué)系統(tǒng) 的組裝通常包括部件的仔細(xì)校直以使射線在條件允許的情況下盡量平行于和/或接近光 軸。合適的校直通常在用于帶電離子的光學(xué)系統(tǒng)中是期望的，并且例如在電子-光學(xué)裝置中 也是期望的。
[0003] 電子轟擊型的高亮度X射線源中的電子束需要擁有非常高的亮度。典型地需要電 子束斑能夠在空間上高精確地被定位。作為一種例子，申請人的相關(guān)的待審申請（公開號 為:WO 2010/112048)公開了一種電子轟擊X射線源，其中，電子靶為液體金屬射流。撞擊在 射流上的電子束的功率典型地為約200W，焦點直徑的級別為20μπι。如果電子槍包括消耗零 件，例如，有限壽命的高電流密度的陰極，則X射線源可能需要定期被拆卸以替換這些零件。 隨后的重新組裝必須進(jìn)行新的校直程序，校直程序會產(chǎn)生相當(dāng)大的作業(yè)量和/或生產(chǎn)停滯 成本。如果X射線源被物理地移動，就會經(jīng)受外部的震動或維護(hù)，這就需要進(jìn)行重新校直。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明針對主要是電子-光學(xué)系統(tǒng)以及特別地是電子槍中遇到的上述限制而做 出。因此，本發(fā)明的目的是提供一種用于電子-光學(xué)系統(tǒng)的校直和校準(zhǔn)技術(shù)，這種電子-光學(xué) 系統(tǒng)操作起來更加便利?？上胂蟮氖?，本發(fā)明因此會有助于這些系統(tǒng)操作更加經(jīng)濟(jì)和/或更 加準(zhǔn)確。本發(fā)明的具體目的是提供一種用于電子-光學(xué)系統(tǒng)的改進(jìn)的校直和校準(zhǔn)技術(shù)，電 子-光學(xué)系統(tǒng)支持X射線源或作為這些的集成部件來操作。
[0005 ]電子轟擊X射線源內(nèi)的電子-光學(xué)系統(tǒng)可以適于接收輸入電子束以及提供輸出電 子束，當(dāng)電子束轟擊在位于電子束路徑上的電子靶上時，電子束以適于產(chǎn)生X射線輻射的方 式被聚焦和/或定向，這種相交限定出了X射線源的交互區(qū)。電子-光學(xué)系統(tǒng)可以包括校直裝 置和至少一個偏轉(zhuǎn)器，校直裝置用于調(diào)整輸入電子束的方向，偏轉(zhuǎn)器用于調(diào)整輸出電子束 的方向。偏轉(zhuǎn)范圍是角度設(shè)定，輸出電子束的方向允許在偏轉(zhuǎn)范圍內(nèi)變化。校直裝置用于補(bǔ) 償輸入電子束的偏離或軸偏移，從而使得電子束以被校直的方式穿過電子-光學(xué)系統(tǒng)。校直 裝置可以被操作以在一維地或二維地偏轉(zhuǎn)輸入電子束。例如，如果電子-光學(xué)系統(tǒng)相對于產(chǎn) 生電子束的電子源而脫位，可以產(chǎn)生輸入電子束的未校直。校直裝置例如可以是電子-光學(xué) 或機(jī)械型的。兩種不同類型的校直裝置可以組合。已知的是，被獨(dú)立控制并且適于隔開的兩 個校直裝置能夠補(bǔ)償偏離或軸偏移的未校直，即使這些偏離或軸偏移的未校直同時出現(xiàn)。 另外，電子-光學(xué)系統(tǒng)可以包括聚焦裝置，聚焦裝置將輸出電子束聚焦在交互區(qū)或交互區(qū)周 圍。
[0006] 每個校直裝置和偏轉(zhuǎn)器可以被實施成能夠被操作以提供靜電和/或磁場從而從一 側(cè)加速電子的裝置，例如板、一對板、板的空間設(shè)置或任何其他的適于靜電偏轉(zhuǎn)的電極結(jié) 構(gòu)、（圓形或非圓形）的線圈或線圈系統(tǒng)。每個校直裝置和偏轉(zhuǎn)器可以被操作以沿固定的方 向（即，一維掃描)或在任意方向上（即，二維掃描)偏轉(zhuǎn)電子束。聚焦裝置可以是線圈或者是 線圈系統(tǒng)，例如電磁透鏡或靜電聚焦透鏡或兩者的組合。聚焦裝置的聚焦功率例如通過調(diào) 整聚焦磁場或電場的密度能夠被改變。
[0007] 在第一和第二方面，本發(fā)明提供了一種具有獨(dú)立權(quán)利要求所述的特征的電子-光 學(xué)系統(tǒng)和方法。從屬權(quán)利要求定義了本發(fā)明的有利實施方式。
[0008] 根據(jù)本發(fā)明，上述普通類型的電子-光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)一步包括傳感器區(qū)和控制器?？刂?器被配置以執(zhí)行一系列的步驟，在這些步驟中，某些要求電子靶被激活，而某些無論電子靶 是否被激活都能被同等地實現(xiàn)。
[0009] 在第三方面，本發(fā)明提供了一種計算機(jī)程序產(chǎn)品，其包括數(shù)據(jù)載體，數(shù)據(jù)載體用于 存儲計算機(jī)可讀指令，而計算機(jī)可讀指令用于執(zhí)行第二方面的方法。特別地，計算機(jī)可讀指 令可以由與電子-光學(xué)系統(tǒng)中的聚焦裝置、偏轉(zhuǎn)裝置和傳感器通信地連接的可編程計算機(jī) 執(zhí)行，從而實施本發(fā)明的方法。
[0010] 對于從屬權(quán)利要求，"傳感器區(qū)"可以涉及任何適于探測轟擊在傳感器上的帶電粒 子束存在（以及如果可能的話，功率或密度）的傳感器，其也可以涉及所述傳感器的一部分。 對于一些實施例，傳感器可以是電荷靈敏區(qū)（例如，通過電表接地的導(dǎo)電板）、結(jié)合光傳感器 的閃爍體或結(jié)合光傳感器的發(fā)光材料(例如，焚光體）。傳感器區(qū)可以適于探測形成電子束 類型的帶電粒子，特別地是電子。
[0011] 在一個實施方式中，傳感器例如由電導(dǎo)屏界定出?？刂破魅缓筮m于執(zhí)行下述步驟： 對于一個聚焦裝置設(shè)置，通過將輸出電子束偏轉(zhuǎn)入或偏轉(zhuǎn)出傳感器區(qū)來確定輸出電子 束的相對位置，所述傳感器區(qū)被設(shè)置交互區(qū)的下游與交互區(qū)相距一定的距離； 對于至少一個另外的聚焦裝置設(shè)置和相同的校準(zhǔn)裝置設(shè)置，重復(fù)用于確定電子束的相 對位置的步驟；以及 通過確定電子束的相對位置對聚焦裝置設(shè)置的變化的靈敏度來評估校準(zhǔn)裝置設(shè)置。
[0012] 可以高精度地確定是否電子束轟擊到傳感器區(qū)的外側(cè)、部分地位于傳感器區(qū)內(nèi)側(cè) 或完全位于傳感器區(qū)內(nèi)側(cè)。通過將電子束偏轉(zhuǎn)入或偏轉(zhuǎn)出傳感器區(qū)同時監(jiān)測傳感器信號， 可將偏轉(zhuǎn)器的設(shè)置和傳感器的位置關(guān)聯(lián)。換句話說，電子束(或者相反地，電子束撞擊傳感 器區(qū)所在束斑的位置)相對于傳感器區(qū)的位置根據(jù)特定的偏轉(zhuǎn)器設(shè)置(偏轉(zhuǎn)器信號值)而被 確定。要強(qiáng)調(diào)的是，單元件的傳感器，特別是由電導(dǎo)屏所界定出的傳感器區(qū)，能夠?qū)崿F(xiàn)該任 務(wù)。關(guān)于本發(fā)明，少量元件的傳感器也可很好地適于執(zhí)行檢測。雖然一維或二維排列的傳感 器元件可以用于該目的，但是這絕不是必須的。
[0013] 所述相關(guān)位置的一些實施例如下。
[0014] 1. -維偏轉(zhuǎn)器可以由單個的偏轉(zhuǎn)器信號控制，其中，偏轉(zhuǎn)器信號值的范圍可以與 非零傳感器信號相關(guān)。
[0015] 2.由單個的偏轉(zhuǎn)器信號所控制的一維偏轉(zhuǎn)器可以產(chǎn)生一個將每個偏轉(zhuǎn)器信號值 和傳感器信號的值關(guān)聯(lián)的函數(shù)（曲線）。
[0016] 3.二維偏轉(zhuǎn)器可以由兩個部件的偏轉(zhuǎn)器信號控制，其中產(chǎn)生非零傳感器信號的 所述信號值在二維坐標(biāo)空間內(nèi)的區(qū)域是可視的。
[0017] 4.使用由兩個部件的信號所控制的二維偏轉(zhuǎn)器所采集的信號數(shù)據(jù)可以被概括成 一對值，這一對值代表了二維坐標(biāo)空間內(nèi)非零傳感器信號的區(qū)域的質(zhì)心。在一維偏轉(zhuǎn)器的 情況下，質(zhì)心也可被計算出。
[0018] 5.傳感器信號數(shù)據(jù)也可以被概括成一組代表非零傳感器信號的區(qū)域的邊界的數(shù) 值，例如對于一維偏轉(zhuǎn)器，上和下區(qū)間的端點，或者對于二維偏轉(zhuǎn)器，平面區(qū)域的邊界(的部 分)。
[0019] 如果電子束未被正確地校直，聚焦功率的變化會伴隨圖像的平移，這在光學(xué)領(lǐng)域 是已知的。聚焦功率的變化也會產(chǎn)生圖像的旋轉(zhuǎn)或非剛性變換。對于合適的電子束校直，由 于焦點的變化，可僅被認(rèn)為圖像的輕微"喘息效應(yīng)"或放大和皺縮。根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)使用至少 兩組聚焦裝置時，電子束相對于傳感器區(qū)被定位。因此，可計算電子束的相對位置對聚焦裝 置設(shè)置的變化的靈敏度。該靈敏度可以被定義成電子束的相對位置相對于聚焦裝置設(shè)置的 變化率。在簡單的形式中，靈敏度可以被計算成差商S= △ p/ △ f，其中△ P代表電子束位置的 變化，而A f代表聚焦裝置設(shè)置的變化。
[0020] 假設(shè)聚焦裝置由一個信號控制，靈敏度可以被計算成下述內(nèi)容從而用于上述實施 例。
[0021] 1.區(qū)間內(nèi)的下端點從聚焦功率A的偏差X1和聚焦功率f2的偏差X 2中獲得。靈敏度 可以被計算成S=(X2-Xl)/(f2_fl)。
[0022] 2.區(qū)別特征(例如函數(shù)曲線上的最速下降或最大的點)對應(yīng)于聚焦功率心的偏差 Xl以及對應(yīng)于聚焦功率f2的偏差X2。靈敏度可以被計算成S=(X2H)/(f2-fl)。
[0023] 3.區(qū)別特征(例如轉(zhuǎn)角)被建立在聚焦功率h的偏差(X1，yi)處以及被建立在聚 焦功率f2的偏差(X2, y2)處。量
可以被用于靈敏度的測量。作為簡化的選擇，簡單的徑向距離

可以被使用，其中Ap=Cb-Clu如果從系統(tǒng)的t鈾個骨·釋日商和當(dāng)于軸向偏離。
[0024] 4.質(zhì)心（X' y(，可以被計算成： '，其中互廠是 在聚焦功率fn的偏轉(zhuǎn)器設(shè)置(Xl，yi)處所獲得的傳感器信號。因此，基于聚焦功率f#Pf 2， 靈敏度可以被計算姑
，其4
是上文出現(xiàn)的分 準(zhǔn)則。有利的是，使用質(zhì)心作為相對射束位置的測量，因為所有的數(shù)據(jù)點都被考慮，從而魯 棒性和準(zhǔn)確性被增進(jìn)。如果更多的聚焦功率設(shè)置的數(shù)據(jù)被利用，總的靈敏度可以被計算成 平均值，即
[0025] 5. -個或更多的邊界點可以在不同的聚焦裝置設(shè)置所采集的數(shù)據(jù)中被跟蹤，不 同的聚焦裝置設(shè)置的采集類似于實施例1、2或3中不同的一維或二維點的處理。
[0026] 6.作為上述點4的變化，計算機(jī)視覺領(lǐng)域中已知的邊緣探測技術(shù)可以被使用從而 確定傳感器區(qū)的邊界的位置。優(yōu)選地，邊界的輪廓可以形成質(zhì)心計算的基礎(chǔ)。該方法也可以 很好地在傳感器區(qū)被部分地遮擋的位置執(zhí)行。
[0027] 使用寬范圍的靈敏度測量，可以將本發(fā)明具體化，唯一重要的要求是，從用戶或設(shè) 計者的角度，相對更加令人滿意的校直裝置設(shè)置是評分相對較小的靈敏度值。例如，如果電 子-光學(xué)系統(tǒng)中的聚焦裝置能夠由輸入信號的矢量f控制，可以定義M = ，其中 ft代表妃準(zhǔn)則，例如妒準(zhǔn)則。在一些實施方式中，可以僅考慮其中一個聚焦輸入信號。 要注意的是，輸出電子束的相對位置的采集無需以任何特定的順序或模式進(jìn)行。例如， 相對位置可以利用一組隨機(jī)測量點，每個點由校直裝置設(shè)置和聚焦裝置設(shè)置所定義，然后 相對位置對聚焦裝置設(shè)置的變化的靈敏度能夠沿下述或類似線而被計算： 例如使用最小二乘法，從二元變量至一元變量(例如，多項式表面)的函數(shù)被擬合成測 量數(shù)據(jù)。
[0028] 相對于聚焦裝置設(shè)置，擬合函數(shù)具有最小偏導(dǎo)數(shù)的點或一組點通過已知的最佳尋 找方法被檢索。
[0029] 選擇性地，輸出電子束的相對位置以成對的方式被采集。作為一個實施例，根據(jù)本 實施方式