新型X射线成像技术的制作方法

本发明涉及一种使用x射线成像装置对样品进行成像的方法，包括以下步骤：

—在样品保持器上提供样品；

—引导来自源的一定通量的x射线通过样品且到x射线照相机上。

本发明还涉及一种可以在执行此类方法中使用的x射线成像装置。

本发明进一步涉及提供有此类x射线成像装置的带电粒子显微镜。

x射线成像在例如医学科学、法医学、冶金/材料科学、结构性能/完整性研究、地质学/岩石学、平版印刷术、安全屏蔽等中具有各种重要应用。传统上，采用的x射线源通过用高能电子束轰击金属源来产生韧致辐射（和特性/元素特定）x射线。这些x射线被指引从而穿过正在讨论中的样品（其例如可以是较大主体的一部分），并且然后着陆于例如诸如ccd图像传感器的x射线成像设备（照相机、检测器）上。这样配准的图像在许多情况下将被“照原样”使用；然而，在其它情况下，将沿着相对于样品而言不同的视线获取此类图像的集合（collection），并且这些然后将被用来构造x射线断层照片（tomogram）。

在断层成像（也称为计算机断层成像（ct））中，存在用以实现如上文所述的一系列不同视线的各种方式。例如，一个人可以选择：

（a）保持源和检测器静态并相对于它们移动样品；

（b）保持样品静态并相对于该样品移动源。在这种情况下，一个人可以选择：

—与源同步地移动检测器；或者

—将检测器具体实施为子检测器的（静态）阵列，其中位置被匹配而对应于源将采取的不同位置。

无论源或样品是否被移动，使用（例如）样品中心坐标系/参考系来描述其相对运动是可能的。穿过样品的辐射通量可以例如被视为是类似圆锥的（因此提供所谓的圆锥射束断层成像）或类似于圆盘的一段（因此提供所谓的扇形射束断层成像），其取决于检测器向源“呈现”的几何结构/形状；平行/准直通量也是可能的。

关于为了实现不同的视线而采用的样品/源相对运动[数据获取步骤]，按照惯例使用以下各项：

—圆形扫描，其中，源遵循围绕着样品的平面轨道，并且沿着此轨道以相对高的采样率（即准连续地）捕捉图像。在其中仅必须对相对薄的“一片”样品进行成像的情况下（例如当进行人类齿列的圆锥射束ct扫描时）可以应用这个类型的扫描。参见例如以下的参考：

https://en.wikipedia.org/wiki/cone_beam_computed_tomography

—螺旋扫描，其中源遵循围绕着样品的（纵向）轴的类似线圈的（螺旋）路径，并且再次地沿着此路径以相对高的采样率（即准连续地）捕捉图像。在其中必须对样品的相对细长部分进行成像的情况下（例如当进行人类脊柱（的一部分）的ct扫描时）可以应用这个类型的扫描。其通常是通过将（例如源的）圆形运动和同时的（例如样品的）平移运动组合而实现的。参见例如以下参考：

https://en.wikipedia.org/wiki/spiral_computed_tomography

—作为常规曲线扫描轨迹—诸如刚刚提到的圆形/螺旋扫描路径—的替换，一个人例如还可以利用类似点阵的数据获取轨迹，例如，如在共同待决欧洲专利申请ep15181202.1（fnl1515）中所阐述的。

在数据获取步骤中获得的“原始”成像数据随后可以被用作用于断层照片构造[数据处理步骤]的基础。例如：

—在断层重构中使用的常见技术是所谓的反向投影（bp）。bp是由此沿着给定视线获取的样品的图像被沿着那个视线通过样品反向投影（涂抹（smearout））的程序。当针对多个适当地选择的视线完成这个时，各种反向投影图像将交叉（intersect）并在样品的位置处形成模糊图像，该模糊图像然后形成用于后续处理的基础。如果期望的话，可以通过在反向投影之前对图像数据应用适当滤波[滤波反向投影（fbp）]或在反向投影之后对图像数据应用适当滤波[反向投影滤波（bpf）]来修改此基本bp技术。

—作为bp使用的替换和/或补充，一个人可以替代地利用迭代重构技术来产生断层图像。此类迭代技术的示例包括sirt（同时重复重构技术）、art（代数重构技术）、dart（离散art）、sart（同时art）等。此类迭代技术（一般地）具有不那么噪声敏感以及允许对重构过程施加（物理）约束的优点；然而，由于其采用多次迭代，所以其趋向于更加耗时，并且相对缓慢地收敛。

可以使用独立装置来执行在这里提到的断层成像，按照惯例其为医学成像应用中的情况，例如其中样品（例如人类或动物）是宏观的。独立ct工具还可用于执行所谓的“微ct”，其中，微聚焦源被用来对微观样品进行成像，例如在地质学/岩石学、生物组织研究等中。继续此驱动朝向一直更大的分辨率，还已开发了所谓的“毫微ct”仪器；这些可以是独立工具，但是例如其也可被具体实施为用于带电粒子显微镜（cpm）（的空的真空/接口端口）的（附加）模块，在该情况下，可以使用cpm的带电粒子束来照射金属目标，引起产生韧致辐射（和特性）x射线，其然后被用来执行期望断层成像（参见例如图6b）。例如，可以从以下参考收集关于这些话题（中的某些）的更多信息：

https://en.wikipedia.org/wiki/x-ray_microtomography

https://en.wikipedia.org/wiki/nanotomography

http://www.ndt.net/article/dir2007/papers/24.pdf

应注意的是，如在这里在cpm的上下文中提及的，短语“带电粒子”应被宽泛地解释为涵盖：

—电子，如在例如透射电子显微镜（tem）、扫描电子显微镜（sem）以及扫描透射电子显微镜（stem）的情况下。参见例如以下参考：

http://en.wikipedia.org/wiki/electron_microscope

http://en.wikipedia.org/wiki/scanning_electron_microscope

http://en.wikipedia.org/wiki/transmission_electron_microscopy

http://en.wikipedia.org/wiki/scanning_transmission_electron_microscopy

—离子，其可以是正的（例如ga或he离子）或负的。此类离子束可以被用于成像目的，但是其也常常被用于表面改性目的，例如，如在聚焦离子束（fib）铣削、离子束诱导沉积（ibid）、离子束诱导蚀刻（ibie）等的情况下。参见例如以下参考：

https://en.wikipedia.org/wiki/focused_ion_beam

http://en.wikipedia.org/wiki/scanning_helium_ion_microscope

w.h.escovitz,t.r.foxandr.levi-setti,scanningtransmissionionmicroscopewithafieldionsource,proc.nat.acad.sci.usa72(5),pp1826-1828(1975).

—例如，其它带电粒子，诸如质子和正电子。参见例如以下参考：

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22472444

还应注意的是，除了成像和/或表面改性之外，cpm中的带电粒子束还可具有其它功能，诸如执行分光术、检查衍射图等。

虽然已知x射线成像方法/装置产生可容忍的成像结果，但始终存在改进的空间。在该上下文中，本发明人已广泛地工作来确定常规x射线成像方法中的缺点，并有效地解决这些从而产生改善的性能。此类努力的结果是本申请的主题。

本发明的目的是提供一种创新x射线成像方法/装置。更具体地，本发明的目的是这种技术与已知技术相比应采用根本不同的照明策略。

在如在上文的开头段落中所阐述的方法中实现了这些及其它目的，该方法的特征在于以下步骤：

—将源具体实施为部件源（componentsource）（子源）的集群，该集群相对于样品而言具有受限的角跨度；

—使用所述照相机来从所述部件源记录累积合成图像；

—以数学方式对所述合成图像解卷积（deconvolve）。

本发明实现了各种不同优点—本质上为物理和数学两者—其可以如下被阐述：

（i）为了实现快速成像—以充分的信噪比（snr）/对比度与噪声比（cnr）—一个人将想要采用高x射线通量，因为这将在相对短的时间跨度内输送相对大的x射线剂量。这在断层成像中具有特别重要性，其中，必须获取大量（例如数百个）单独图像（以便输入到断层照片重构过程中，并且其中每个图像的给定吞吐量损失（throughputpenalty）最终将总计达相对严重的累积成像延迟。为了解决此问题并实现较高的x射线通量，一个人可能考虑增加x射线源中的轰击电子束的射束电流；然而，此类增加将最终撞上热极限，因为过高的射束电流最终将引起被轰击金属目标开始熔化。这个问题在微ct和毫微ct中所使用的相对小的金属目标的情况下被加剧，其中，有限的目标体积约束可用总电流。本发明通过提供一次同时地使用来自多个子源（部件源）的x射线通量的机会来解决此问题；这样，可以将每个源的射束电流保持（刚刚）足以低到防止源熔化，并且替代地使用源多重性来实现较高通量。这个方法的明显问题是因此由检测器配准的合成（整合）图像将是来自每个部件源的单独图像的“模糊的混乱”（仅部分地重叠）—通常将使得此类方法不可行的某些东西。然而，本发明通过使用创新数学解卷积技术来“解开（disentangle）”合成图像并使得其刚好作为常规单源图像可使用而解决此问题。

（ii）通过用部件源的集群而不是单个源来工作，本发明方法引入了新变量，其可以为了图像优化目的而被调谐。特别地，本发明开辟了优化源配置（部件源的数目/空间分布/角展度）以匹配给定样品类型/结构的方式。例如：

—当用规则线性结构对半导体样品进行成像时，（如果期望的话）采用不同的源配置来对“稠密网格”和“隔离线”几何结构进行成像变得可能。例如，使用不同的源配置来对“45度”线和“正交线”进行成像类似地变得可能。

—当对重复结构—例如诸如格栅或阵列—进行成像时，可以选择源配置从而抑制或增强样品的傅立叶频谱中的某些频率。

（iii）本发明的部件源不必被同时地“启动（fire）”，而是可以替代地被顺续地启动。部件源的顺续启动引入了关于热负荷的优点，因为被短暂地启动的源将对（半）连续地“开启”的一个具有不同的热约束。此外，这个方法允许通过连续地启动部件源的不同（稀疏）子集来执行成像，产生随后可以经受求平均程序以减轻噪声影响的图像；例如，本发明人已经表明在某些情况下可以使用一连串的7个不同源配置—每个具有7个部件源—来实现与用49（＝7×7）个部件源的单个成像会话（session）中可实现的相比更清晰的最终图像。关于实施方式：

—参考下文描述的第一类型的实施例：可以例如通过使用紧密聚焦带电粒子束（而不是相对宽射束）来一次一个地而不是全体地轰击金属目标（部件源）并根据期望使射束从一个目标“步进（step）”（或“挥击（swipe）”）至另一个来实现此类顺续启动。在此类情形中，一个人可以实现背景信号的减少，因为较窄的轰击射束将比宽射束照射更少的非目标材料。一个人还可以潜在地用更加聚焦的轰击射束来实现更高的电流密度（和因此的更高的关联的x射线通量）。

—关于下面讨论的第二个类型的实施例：一个人可以仅顺续地而不是同时地启动阵列中的部件feg。

下面将进一步进行这些及其它优点的阐述。

在本发明的特定实施例中，针对部件源的所述集群使用采用点扩散函数核的迭代再加权收敛技术来执行所述解卷积。在这方面，应提到以下各项：

（i）迭代再加权收敛（irc）技术的示例包括例如迭代再加权最小二乘法（irls）优化、迭代再加权ɩ1最小化等。参见例如以下参考：

https://en.wikipedia.org/wiki/iteratively_reweighted_least_squares

概括地考虑，此类技术寻求迭代地使所选发散准则最小化。在这方面，可以选择许多不同的发散准则，其取决于给定情况的特定细节（例如，所采用的特定噪声模型，诸如高斯或泊松）。示例包括最小二乘法距离、csiszar-morimotof发散、bregman发散、α-β发散、bhattacharyya距离、cramé-rao限制（bound）以及这些的衍生物/组合。

关于这些宽发散类别，可以注意到以下各项：

—csiszar-morimotof发散（和导出度量）包括i和jkullback-leibler发散、总变化、调和平均及卡方度量以及多个其它基于熵的度量。参见例如：

http://en.wikipedia.org/wiki/f-divergence.

—bregman发散（和导出度量）特别地包括mahalonobis距离。参见例如：

http://en.wikipedia.org/wiki/bregman_divergence

—α-β发散（和导出度量）包括诸如一般化kullback-leibler、三角辨别一算术几何度量之类的度量。参见例如：

▪cichocki,a;cruces,s;amari,s.,generalizedalpha-betadivergencesandtheirapplicationtorobustnonnegativematrixfactorization,entropy13,134-170(2011).

▪cichocki,a;amari,s,familiesofalpha-beta-andgamma-divergences:flexibleandrobustmeasuresofsimilarities,entropy,12,1532-1568(2010).

—bhattacharyya距离测量两个离散或连续概率分布的相似性。参见例如：

http://en.wikipedia.org/wiki/bhattacharyya_distance

针对附加信息，参见例如：

http://en.wikipedia.org/wiki/least_squares

http://en.wikipedia.org/wiki/kullback-leibler_divergence

http://en.wikipedia.org/wiki/cramer-rao_bound

（ii）例如，诸如可以通过在存在包括模拟迪拉克δ函数的特征（诸如小孔或小吸收体（例如金球）的测试样品的情况下记录所采用的部件源的集群的照相机图像来确定点扩散函数（psf）核；这本质上产生核的“针孔图像”。替换地，可例如使用蒙特卡罗方法针对给定集群配置来对其进行计算/建模。又一可能的方法是仅仅使用sem（例如在反向散射模式中）对源进行成像。可在用正在讨论中的集群进行样品成像之前或之后（或期间）执行此类步骤。

（iii）如果期望的话，可以通过向优化过程中结合作为图像梯度的函数的额外（附加）项来调整irc技术。

为了进一步说明这些点，参见（例如）以下实施例7。

在本发明的特定实施例中，部件源的分布是非规则的，即本发明源中的子源的集群具有几何非规则布置。与规则分布—其中部件源被布置在规则“网格”（例如诸如矩形、六边形或嵌套圆形网格）（的节点）上—相反—本布置中的部件源不能被拟合到严格的网格；因此，关联傅立叶频谱将趋向于是“更平坦的”，与被与规则网格相关联的特性频率主导的相反。此效果随着分布变得更加不规则而变得更加明显，并且对于随机/伪随机分布而言是最佳的。此类“傅立叶空间填充”布置在对基本上“均匀”样品（例如诸如生物组织或颗粒的矿物基质）进行成像时可以具有特别益处。

关于本发明的子源的集群的尺寸（角范围），应提到以下考虑。考虑仅密封给定集群配置且其平面基本上垂直于从样品的质心cs朝着集群的质心cc延伸的轴的最小圆。此圆的直径是w，并且这将在cs处对向（subtend）给定（平面）“开度角”θ，具有取决于从cs至cc的距离l的值。如果w相对于l而言是相对小的，则θ~w/2l（弧度）或(180/π)×w/2l（度）。在本发明中，部件源的集群的角跨度（分布、范围）被“限制”在那个θ<<180°中，使得集群仅占据以cs为中心的半径l的半球的相对（非常）小的面积。例如，一个人可以选择满足θ＜10°、优选地θ＜5°且甚至更优选地θ＜1°的角分布/集群尺寸。在特定机构（set-up）中，例如，发明人使用w≈2μm且l≈200μm，得到θ≈0.3°。发明人在各种实验中看到的趋势是在本发明中解卷积图像的分辨率在使用相对受限/紧凑集群（即相对小的θ值）时趋向于更好。

在本发明的示例性实施例中，以下各项适用：

—源包括其中部件源作为离散金属体被悬挂的支撑材料的主体。

—通过用带电粒子束照射部件源来引起其发射x射线。

支撑材料的主体可例如包括“低z”（低原子数）材料的块或片/膜，并且优选地将具有相对良好的导热率；此类材料的示例包括be、b、c、al等。在支撑材料中悬挂/分布的金属体（阳极）将优选地包括“高z”（高原子数）材料，诸如au、cu、mo等。这些主体可以例如采取小金属球、立方体或圆柱体（或其它“类似小球”形状）的形式，例如具有大约近似75—125nm的尺寸（直径）。在此类源处引导的带电粒子束可例如具有占用空间（footprint），其是：

—相对宽的，从而立即轰击部件源中的多个（同时启动）；或者

—相对窄的（紧密聚焦），从而一次仅轰击一个部件源，但是可转向（steerable）从而允许射束被顺续地引导到一连串的不同部件源上（顺续启动）。

可将部件源在支撑材料内的分布选择成具有期望的几何结构/配置（例如随机或规则）、特性间距（相邻部件源之间的平均距离）、总尺寸（其将确定被呈现到样品的角范围/跨度）和组成（材料组成的特定选择）；例如，金属体可以是平均直径d≈100nm的球状体，并且由au（金）（其以平均（相邻）间隔～d（伪）随机地分布在c（碳）的（平面）膜中）构成，并被用宽到足以同时地轰击20—25个金属体的电子束照射。如果期望的话，可以制造相互不同的源的集合，将其存储在x射线成像装置内的就地“库”（支架、暗盒、转盘（carrousel））中，并将其随意（自动地）取回/部署，从而允许使用多种不同的（定制的）源配置来进行成像。

在刚刚描述的实施例中，支撑材料＋悬挂主体的组合本质上充当一种“空间过滤器”，其（固定）配置/图案化将引起在具有微小x射线生成的中间区域的某些位置（金属体的坐标）处局部地生成x射线（在支撑低z材料中）。在前面段落（其提供了灵活/“可编程”配置可能性）中所阐述的实施例的替换/补充实施例中，采用的源包括单独可选择feg（场发射枪；其可以例如具有冷阴极或肖特基类型）的阵列。例如，从电子束平版印刷已知此类阵列，其中，采用该阵列来产生被用来同时地在半导体衬底上写入图案分段（patternsubsection）的对应网格的电子束的网格。然而，在本发明中：

—不是（始终）启动阵列中的所有feg，一个人可以替代地选择仅接通位于预选阵列坐标（蜂窝位置）处的feg的所选子集；

—feg最终被用来产生x射线。这可以例如通过以下各项来实现：

▪为每个feg提供其自己的微型金属目标，其在被其feg轰击时转换成x射线源；

▪直接地在feg阵列前面布置薄金属膜，该膜然后当给定坐标位置处的feg被启动时经历（高度）局部化轰击，由此，那些坐标处的膜的局部化区域将变成x射线源。

feg的选择性切换/启动可例如通过使用电子束熄灭装置（beamblanker）来对其进行关闭/解除关闭或者通过使用偏转器来使其射束偏转到参考方向/从参考方向偏转出来而实现。

请注意，在其中顺续地而不是同时地启动部件源的实施例中，一个人可能会问，胜过获取整合/合成图像，为什么照相机不针对每个启动事件形成单独的图像。一个原因是所采用的照相机的（相对缓慢的）捕捉速率可能不能跟上部件源的（相对快速的）启动速率（例如被选择成从而减轻源中的热问题）。

现在将基于示例性实施例和所附的示意图来更详细地阐述本发明，其中：

图1再现了经历x射线成像的样品的透视图，并且用于解释此程序的某些几何方面。

图2a再现了本发明的特定实施例的纵向横截面立视图。

图2b示出了正面看的图2a的主题的一部分。

图2c和2d描绘了图2a中所示的实施例的基本类型的变体。

图3示出了图2b中所示实施例的替换类型的实施例。

图4a、4b和4c示出了用于现有技术和发明实施例的测试样品的x射线图像连同所采用的源配置。

图5a和5b示出了用于根据本发明的部件源的规则和非规则分布的特定实施例的不同测试样品的x射线图像连同所采用的源配置。

图6a再现了特定类型的cpm的纵向截面立视图，其中可以使用ct模块来执行本发明的实施例。

图6b图示出适合于在诸如图6a中所示的cpm之类的cpm中使用的ct模块。

实施例1

图1再现了经历x射线成像的样品s的透视图，并且用来解释此类程序的某些几何方面。在这种特定情况下，样品s（其可以是例如宏观的、微米等级或纳米等级的）在形式上是细长的，具有关联纵轴l。辐射源sx产生沿着轴vi传播的x射线的射束b，所述轴vi可被视为观察轴或视线。如这里所示，vi基本上垂直于纵轴l。已穿过样品s的一部分，射束b撞击在（在直径方面相对的）照相机（检测器）d上，其可以是例如ccd照相机、cmos照相机、混合式光子计数照相机或其它适当照相机。射束b可被视为（例如）圆锥或扇形形状的，取决于照相机d向源sx“呈现”的有效形状。照相机d形成可以被存储在电子存储器中的样品s的所述部分的电子图像。

如果一个人想要执行断层成像系列，则可以针对一系列的不同观察轴vi重复先前段落中的程序，允许沿着不同的视线观察样品s；然后以这种方式获取的各种图像被用作到数学重构程序的输入以产生断层照片。通过采用工作台装置（stageapparatus）来产生源sx与样品s之间的相对运动（例如通过以预定方式产生源sx/照相机d和/或样品s的平移/旋转运动）而实现各种观察轴vi。此类工作台装置可例如包括一个或多个线性马达、压电致动器、步进式马达、音圈马达、气动/液压致动器等，并且可以容易地被技术人员修整以适应给定设置的需要。在这里描绘的特定实施例中，工作台装置a可以使样品s相对于源sx/照相机d平移/旋转。

在图中还示出了虚拟参考表面sr，其在这种情况下是圆柱表面，其圆柱轴与纵轴l重合。此参考表面sr具有被选择成小于或等于源sx与轴l的距离rsx的半径rsr。观察轴vi在交叉点pi处与此参考表面sr相交。请注意，如果观察轴vi沿着l线性地突出，则其将在表面sr的对接端处与虚拟圆盘形状端子表面st的直径重合。与参考表面sr相关联的是柱坐标系（r，θ，z）。可以将对应于上述系列观察轴vi的交叉点pi的集合{pi}视为表示“数据获取轨迹”，诸如上文提到的圆形或螺旋扫描路径或者在例如上述专利申请ep15181202.1中阐述的类似点阵的轨迹。

实施例2

在现有技术中，图1中所示的源sx（例如）将是简单的单体式源。相反地，在本发明中，所采用的源sx具有复合结构，并且包括部件源（子源）的集群。在图2中图示出此类情况的实施例，其中：

—源sx包括支撑材料ss的主体（箔，f），其中，部件源sc被悬挂/结合为离散金属体；

—通过用带电粒子束5照射部件源sc来引起其发射x射线。

在此特定示例中，已进行了以下非限制性选择：

—轰击束5宽到足以同时地照射部件源sc中的多个。情况不必如此，并且一个人可以替代地使射束5更清晰地聚焦，使得其每次仅照射一个部件源sc。

—箔（主体）f相对于输入射束5而言是倾斜的（以约45°），并且源/照相机（未描绘；参见例如图6b）离开图的左侧被定位。情况不一定必须如此，并且一个人可以替代地将箔f布置成例如（更加）垂直于射束5。

箔f通常将包括低z材料，诸如碳，而金属体sc通常将包括高z材料，例如诸如金。在非限制性示例中，可以进行以下选择：

—膜f的厚度：200—500nm。

—被具体实施为球状体的部件源sc，具有直径d≈100nm。

—膜f内的部件源sc的面积分布（如被呈现到输入射束5的）是（伪）随机的（参见图2b），使得任何给定相邻的成对球状体sc的间隔s是可变的；然而，如这里被具体实施的，s将（平均起来）具有与d相同的数量级。

图2b示出了图2a的膜f，但是现在“正向”察看，在图2a中平行于法线n的方向。看到部件源sc的分布是非规则的；然而，情况不必如此，并且一个人可以替代地选择规则/重复分布（例如，类似于图5a的上部中所示的那个）。在图2b中，虚短划线圆c仅仅密封/围绕部件源sc的集群。此圆c的直径（未示出）通常将在被射束b（参见图2a和图1）照射的样品s（的一部分）的（未描绘）质心cs处对向小角θ，例如角θ≤约1°。

考虑图1的轴vi，图2a、2b的各种部件源sc每个将相对于vi具有不同的（角）位置；因此，与各种子源sc相关联的子图像（在照相机d处）将相对于彼此移动位置，使得由检测器d捕捉的合成/整合图像将是回旋状的（convoluted）“模糊的混乱”，其中这些不同的子图像部分地重叠（参见例如图4b的下部）。本发明的数学解卷积技术对此合成图像进行解卷积，产生清晰的高分辨率结果（参见例如图4c的下部）。

图2c和2d描绘了图2a中所示的本发明机构的可能变体，由此：

—在图2c中，将部件源sc具体实施为细长金属体（例如，圆柱、棒），其（例如）基本上平行于其中样品s被定位（在这种情况下离开图的右侧）的方向延伸。这些细长部件源sc可例如具有1:5的（宽与长）纵横比。

—在图d中，用支撑材料ss的块状体（例如块）来替换图2a（和图2c）的箔f，其中部件源sc（其在这种情况下是细长的，正如在图2c中）被嵌入被暴露于轰击束5的主体的（倾斜）表面中。此类实施例与箔相比具有（例如）改善的热传导/鲁棒性。

关于上文的讨论，可以提到以下非限制性数据：

—典型的电流密度可以是大约近似10-100μa/μm²的。

如果一个人例如将轰击电子束的最小聚焦光斑尺寸选择成1μm，则可以获得20μa/μm²的电流密度。针对尺寸约100nm的部件源，每一部件源的有效（拦截）电流然后将为约155na。

—假设10^-3个光子/电子（在4πsr中发射）的典型x射线产量，则这将对应于每一部件源约7.8×10⁷光子/srs（sr＝立体弧度）。

—如果例如在源表面上的1μm²的面积内存在20个此类部件源，则这将导致约1.6×10⁹个光子/srs的总x射线发射。如果照相机像素捕捉到约10^-8sr，则这将对应于约16光子/s的x射线产量。

实施例3

作为图2a中所示的机构的替换，一个人可以使用诸如图3中描绘布置的布置，其图示出（正向）单独可选择feg的阵列；在此类构造中，单独的feg充当本发明的部件源sc，并且可以将feg的阵列视为复合源sx。在此特定情形中，feg被布置在正交阵列中，其中，可以根据给定fegscij在阵列中的（水平）行号i和（垂直）列号i来对其进行标记/寻址，使得例如fegsc23位于行2和列3中；然而，情况不必如此，并且一个人可以替代地选择另一阵列几何结构，例如诸如六边形/蜂窝或极面。无论所选阵列几何结构/尺寸如何，本实施例的关键是可以通过在所选坐标/蜂窝位置处选择性地激活/启动feg来随意实现部件源sc的各种图案/分布。如上文所解释的，从被激活feg出现的电子可以例如用来使用以下（未描绘）手段来产生x射线：

—每个feg具有其自己的金属微型目标，其被放置在电子路径中；

—金属箔被刚好放置在阵列前面，并且被来自给定feg的电子局部地照射。

技术人员将掌握这些要点，并且能够选择适合给定情况的参数/要求的实施方式。

实施例4

图4a、4b和4c示出了用于现有技术和发明实施例的测试样品的x射线图像连同所采用的x射线源配置。这种情况下的样品是鼠胚胎（1.6cm长）。在每个图中：

—顶行/上部图示出所采用的源配置；

—底行/下部图示出关联x射线图像。

更具体地：

—图4a涉及如在现有技术中采用的单个（非复合）源的使用。

—图4b示出了如本发明规定的类型的复合/合成源；然而，关联的整合图像未被解卷积，并且因此是非常模糊的。

图4c本质上示出了除了关联图像现在已根据本发明被解卷积之外的与在图4b中的情况相同的情况。此图像相对于图4a和4b中的对应图像而言有多清晰和详细立即显而易见。

请注意，图4b和4c中所示的发明源具有49个部件源，在尺寸约1.9μm×1.9μm的本质上随机的面积分布中。每个部件源具有约100nm的尺寸（宽度）。

实施例5

图5a和5b示出了用于根据本发明的部件源的规则和非规则分布的特定实施例的测试样品的x射线图像连同所采用的源配置。这种情况下的样品是从粗（左）到细（右）具有单调变化节距的格栅图案，在格栅的极右处具有约0.007nm^-1的空间频率。如在图4a—4c的情况中：

—顶行/上部图示出所采用的源配置；

—底行/下部图示出关联x射线图像。

请注意：

—在图5a中，所采用的合成源具有部件源的规则布置，其位于矩形网的节点上。此布置具有固有的周期性，其影响对应图像的傅立叶频谱。特别地，图像包括其中存在被抑制对比度的关联区（使用箭头来指示）。

—在图5b中，合成源的部件源具有不规则/随机面积布置，而没有图5a的类似网格的阵列的固有周期性。这导致更平坦的傅立叶频谱。因此，关联图像现在没有在图5a的图像中突出的较低对比度带。请注意，图5b的极右处的对比度的轻微损失是伪像效应，其由这样的事实而引起，即所采用的irls解卷积过程中的所采取的高斯噪声模型并未完美地表示现实。

实施例6

图6a是可以结合本发明使用的cpm1的实施例的高度示意性描绘；更具体地，其示出了sem的实施例—然而，在本发明的上下文中，其可以有效地正如例如基于离子的显微镜或例如tem一样。显微镜1包括粒子光学柱/照明器3，其产生沿着粒子光轴5'传播的带电粒子束5（在这种情况下为电子束）。粒子光学柱3被安装在真空室7上，其包括用于对样品13进行保持/定位的样品保持器9和关联工作台/致动器11。使用真空泵（未描绘）来抽空真空室7。借助于电压源15，样品保持器9或至少样品13可（如果期望的话）被相对于接地偏置（浮置）到一定电位。

粒子光学柱3包括电子源17（诸如肖特基发射极）、将使电子束5聚焦到样品13上的（静电/磁性）透镜19、21（一般地，在结构方面比这里的示意性描绘更复杂）以及用以执行射束5的射束偏转/扫描的偏转单元23。当射束5撞击在样品13上/跨样品13扫描时，其将促成各种类型的“受激”辐射的发射，诸如反向散射电子、二次电子、x射线和阴极发光（红外、可见和/或紫外光子）；然后可以使用一个或多个检测器来感测/记录这些辐射类型中的一个或多个，其可通常通过将作为样品上的扫描位置的函数的检测器输出的“图（map）”（或“矩阵（matrix）”）组合来形成图像、光谱、衍射图等。本图示出了两个此类检测器，25、27，其可例如被如下来具体实施：

—检测器25例如可以是电子检测器（诸如固态光电倍增器）、x射线检测器（诸如sdd或si（li）传感器）或光检测器（诸如光电二极管）。

—检测器27是分段电子检测器，其包括绕着中心小孔29（允许射束5通过）设置的多个独立检测段（例如象限（quadrant））。此类检测器可以例如被用来研究从样品13出现的输出（二次或反向散射）电子的通量（的角相关性）。

这些仅仅是示例，并且技术人员将理解的是其它检测器类型、数目和几何结构/构造是可能的。

显微镜1还包括用于特别地控制透镜19和21、偏转单元23以及检测器25、27并在显示单元33（诸如平板显示器）上显示从检测器25、27收集的信息的控制器/计算机处理单元31；此类控制经由控制线（总线）31'发生。控制器31（或另一控制器）可以另外用来执行各种数学处理，诸如组合、积分、减法、假着色、边缘增强以及技术人员已知的其它处理。另外，在此类处理中可包括（例如被用于粒子分析的）自动化识别过程。

还描绘了真空端口7'，其可以被打开从而向/从真空室7的内部引入/去除项目（部件、样品）或者例如可向其上面安装辅助设备/模块（未描绘）。如果期望的话，显微镜1可包括多个此类端口7'。

如果期望的话，显微镜1还可以包括如图6b中所示的就地ct模块7''。在此图中，cpm的样品保持器9已被提供有金属目标13'，其被定位（使用致动器11）成使得电子束5撞击在其上面，因此在多个方向上产生韧致辐射（和特性）x射线。该图示出了从目标13'（有效源sx）传播到一侧而进入模块7''中的此类x射线的射束b，在那里其通过样品s并撞击在检测器（照相机）d上：与图1相比。样品s被安装在工作台装置a上，其允许将样品s相对于源sx定位/移动（通常是平移和旋转）。在本发明的特定上下文中：

—目标13'可以是如例如图2a—2d中所示的合成源sx；

—例如可使用控制器31来执行由检测器d记录的整合图像的数学解卷积。

此类ct模块7''可永久地存在于真空外壳7中（从开始起），或者其可以是可以安装在例如备用真空端口7'上/内部（cpm1的制造后）的附加模块。

实施例7

用于复合/合成源（图案化源）的重构算法

下面，使用卷积运算来对成像过程进行建模，其中，y是被测量图像，h是点扩散函数核，x是未知“未模糊”图像，并且*是卷积算子：

y=h*x(1)

在贝叶斯项中，一个人可以在给定已知图像y的情况下将寻求的图像x的概率表示为：

p(x|y)=p(y|x)p(x)(2)

可以使用的似然函数p(y|x)的示例包括以下各项：

—针对高斯噪声影响的成像过程：

(3)

—针对泊松过程：

(4)

通常，在先验项p(x)=p(r(x))内对关于要重构的图像的知识进行建模，使得：

(5)

r(x)常常是使用于期望强度分布的先验概率最大化的用户定义函数。还常见的是对分布图像梯度施加约束的r(x)的选择：

(6)

请注意：

—如果(z)=|z|²，则一个人假设具有接近零的导数的总体平滑图像。

—另一可能选择是(z)=|z|^μ，其中μ<1。特别地，μ=0.8的选择可以被示为通过强加图像梯度的稀疏分布而给出用于自然图像的重构的良好结果。参见例如：

a.levin,etal.,imageanddepthfromaconventionalcamerawithacodedaperture,acmtransactionsongraphics(tog)26(3)(acm),2007。

—用于ρ的其它选择包括student-t分布和高斯的标度混合。

重构过程本质上由找到最可能图像x^*组成：

(7)

可以例如使用基于梯度下降的技术（诸如拟牛顿技术）来找到（7）的迭代解。

针对具有高斯噪声且使用稀疏梯度先验项的图像的特定情况，优化问题简化为：

(8)

可以使用任何前面提到的优化技术。特别地，迭代再加权最小二乘法（irls）方法在对（8）求解中证明是有效的。

应注意的是在（7）和（8）中，一个人假设psf核h的先验知识，其对理想图像像素在模糊观察图像中被混合的方式进行编码。h的此类知识可以例如通过在缺乏样本的情况下对源图案进行成像、从理论光学建模或者从模拟获得。如果一个人不能预先辨别h，则一个人可以替换地在所谓的盲目重构问题中对变量x和h两者求解。在这种情况下，(8)将被重新表达为：

(9)

另外，如果用高分辨率来表征核h—例如使用测量结果、理论知识或模拟—则一个人可以使用压缩感测技术从观察的图像恢复超分辨（super-resolved）图像。在此任务中，一个人用矩阵—矢量乘法、通过在用对应矩阵算子h来表示核h的同时使x和y串行化（serialize）来表示（1）的卷积成像过程：

(10)

其中，d是向下采样矩阵算子（例如每隔一个图像像素进行采样）。在公知的压缩感测方法中，可以将重构任务计算（cast）为受约束ℓ1最小化问题：

(11)

使得y=d.h.x

可以采用各种方法来对（11）求解，例如，诸如线性编程、基追踪去噪、正交匹配追踪和迭代硬阈值。