JP2017515270A5 - ハイブリッドエネルギー変換器 - Google Patents

Description

さらに、計数と線形のモードは、異なる伝達曲線（計数に対する照射の機能的な関係）と、周波数応答又は変調伝達関数（ＭＴＦ）を有しているので、信号処理は、線形信号と計数信号の強度と分解能の差を取り除くように提供される。ハイブリッド検出器の実現は、シンチレータの位置（検出器に接触しているか否か、検出器の上か下か）、結合手段（溶融ファイバ光学板、又はレンズ結合）、直接検出器の結合されたサイド（前面又は背面）、直接検出器が薄型か否か、読み出し手段（単一センサ、一斉読み出し、結合された分離読み出しを用いた単一センサ、二重センサ配置）、処理手段（線形、計数、又は両方）によって分類される。これらの要因のさらなる組み合わせが描かれる。多数の代表的な組み合わせが図７〜図１０に示されている。図７Ａ〜図７Ｄは、直接検出器に接触していないシンチレータと結合された直接検出器に対するシンチレータの結合の様々な選択肢を示している。図７Ａは、非薄型バルクシリコン直接検出器７０４の前面７０３にファイバ光学板７０２で結合された、デバイス上のシンチレータ７０１を示している。図７Ｂは、図１と同じ配置ではあるが、薄型直接検出器７０６の前面７０５に結合された配置を示している。図７Ｃは、薄型背面直接検出器７０６の背面７０７にファイバ光学結合７０２されたシンチレータ７０１を示している。図７Ｄは、前面薄型直接検出器にレンズ７０８で光学結合されたシンチレータ７０１を示している。図７Ｅと図７Ｆは、どのような結合のタイプ又は位置でも適用可能ではあるが、ここでは、図７Ｂのシンチレータでファイバで光学的に結合された配置と同じ配置と連動する、直接検出器７０６の読み出しの二つの可能性を図示している。図７Ｅは、同様に直接検出器に光学的に結合されているデバイス全体を読み出す、統一された協調的なメカニズム７１０経由で読み出される検出器７０６を示している。図７Ｆは、光学結合から直接検出器への遷移位置で、二つの部分７１１、７１２に分離読み出しを用いるデバイスを示している。この配置は高強度低損失でゼロ損失ビームに、独立かつ潜在的には検出器の直接検出部分よりも高速に読み出されることを許す。高速読み出しは、高強度信号のそれぞれの読み出しで信号強度を減衰し、この結果によって、より大きなダイナミックレンジを許す。

図８Ａ〜図８Ｃは、シンチレータ８０１を直接検出器８０２と接触して配置した配置例を示している。これらの配置では、入射ビームの経路の外側に配置されなければならない第２の検出器８０４に光を結合する必要がある。これは、シンチレータで発生された光が、直接検出器によって検出される一方、信号はシンチレータの下の直接検出器によって検出される散乱電子ビームによって圧倒されるからである。図８Ａは、散乱電子が光学検出器８０４に到達するのを防ぐシールド８０３を含む、可能なレンズ光学配置８０５を示している。シンクロナイザ８０６は、直接的に露出された検出器８０３と光学検出器８０４の読み出しを制御する。図８Ｂは検出器８０２の近傍のシンチレータ８０１を用いた、ファイバ光学結合の配置を示す。シンチレータ８０１は曲げられたファイバ光学板８０７によって第２検出器８０４に結合されている。図８Ｃは、検出器８０２近傍のシンチレータ８０１を用いた、レンズ８０５で光学的に結合された配置を示しおり、第２検出器にシンチレータ画像を向け直すミラー８１２を用いている。同期手段は２つの検出器の出力が単一のハイブリッド画像に合成されることを許すことを提供される。図７Ａ〜図７Ｆと図８Ａ〜図８Ｃに示す実施形態は、単なる代表例であり、この概念に用いられる全ての配置を構成するものではない。示されていない拡張例は、デバイスの下に配置された場合に、電子画像のあらゆる部分の遮断、又は後方散乱の発生を避けるためにレンズ結合を用いた回折用途（図１Ａと図１Ｂ）のデバイスの中心に接触シンチレータを移動することである。

図９Ａ、図９Ｂは、シンチレータ９０１又は検出器９０４との物理的な接触無しで配置された２つの検出器の配置を示している。図９Ａは、光学結合９０２と直接検出センサ９０４との間の無駄な画素を最小化するため、直接検出センサ９０４の前面に配置され、光学設計９０３、９０５を用いたレンズ結合カメラ９０２を示している。この設計は、シンチレータからハイブリッド検出器の直接検出部分への電子の散乱を最小化することに役立つ。図９Ｂは、検出面が同一面となる２つの検出器９０２、９０４の可能な配置を示している。図９Ｂに示す実施形態は、無駄な領域を最小化するために設計された検出器９０４とシールド９０７とを含んでいる。シンチレータ９０１は、曲げられた光学ファイバ束によって光センサ９０２に結合されている。

１９９０年代まで、電子顕微鏡の歴史の多くにとって、シートフィルムが主となる画像記録媒体であった。１９９０年に、溶融ファイバ又はレンズ光学系を用いた科学的な半導体イメージセンサに結合されたシンチレータに基づく電子検出器が導入され、ほとんどの画像記録応用においてフィルムに置き換わり始めた。これらのセンサの主要な利点の一つは、これらのシンチレータ−光学系−半導体センサの劇的に増加したダイナミックレンジによる電子エネルギー損失分光（ＥＥＬＳ）と電子回折（ＥＤ）の応用である。これらの応用の両方は、エネルギー損失（ベンディングマグネットによって引き続き現れた）又は電子回折の一方によるメインパスからそらされた電子から得られた試料情報を備えた集束ビームの使用を含んでいる。
偏向されたビームは図１Ａ、１Ｂ、２Ａ、２Ｂに示されているように、偏向されていないビームよりもいくつかのオーダで弱い大きさとなる。図１Ｂは、図１Ａの回折スポットがいくつかのオーダの大きさのダイナミックレンジを持つことを示している。図２Ａ、２Ｂは、ＥＥＬＳに必要なダイナミックレンジを示している。典型的には撮像のためのＣＣＤ、又は分光のためのフォトダイオードアレイとＣＣＤである半導体センサは、フィルム、よりもとても高いダイナミックレンジを有しており、それは特には大きな画素からなる科学的センサである。限界を広げる多数回の露光を結合した単一露光で２００００までのダイナミックレンジが可能であることが示されている。
加えて、センサと光学的に結合されたシンチレータは、センサのビームへの直接露光又はシンチレータで発生してセンサまで進むＸ線に対する露光の一方の結果である放射線損傷効果からセンサを保護する。レンズ結合の場合、レンズのガラスとレンズ間距離がシンチレータとセンサ間に保護効果を与えることを許す。溶融ファイバ光学板の場合、高密度ガラスがＸ線保護を与える。両方の場合、ビームは、センサにあたる前に長く止められ、直接の損傷を引き起こす。これら両方の理由により、シンチレータ／光学系／半導体センサは、回折応用の１００％でフィルムに置き換わり、これらのセンサが可能とするまでは全く選択肢としてなかったスペクトルの並行取得が可能となった。

Claims (15)

1. 所定の高照射強度部分と低照射強度部分とを有する電子放射線のビームを受け取るためのハイブリッドエネルギー変換検出器（ＨＥＣＤ）であって、
   前記電子放射線のビームの高照射強度部分に露出されたエネルギー変換シンチレータであって、前記電子放射線のビームの高照射強度部分から光を発生する前記エネルギー変換シンチレータと、
   画像センサと、を備え
   前記画像センサは、
   前記エネルギー変換シンチレータから前記光を受け取り、画像を処理するために配置されかつ構成された第１画像センサ部分と、
   前記電子放射線のビームの低照射強度部分を直接受け取り、画像を処理するために構成された第２画像センサ部分と、
   を備え、
   前記第１画像センサ部分の前記光への露出と、前記第２画像センサ部分の前記電子放射線のビームの前記低照射強度部分への露出の少なくとも一部は、同時に発生する、ＨＥＣＤ。
2. 前記第１及び第２画像センサ部分が単一のシリコン装置上にある請求項１に記載のＨＥＣＤ。
3. 前記シンチレータが前記第１画像センサ部分に光学系を介して結合されている請求項１に記載のＨＥＣＤ。
4. 前記第２画像センサ部分が実質的に直接高エネルギー電子露出からシールドされている請求項３に記載のＨＥＣＤ。
5. 前記第１及び第２画像センサ部分が同時に読み出される請求項１に記載のＨＥＣＤ。
6. 前記第１及び第２画像センサ部分が独立に読み出される請求項１に記載のＨＥＣＤ。
7. 前記第１及び第２画像センサ部分が分離されたシリコン装置を有している請求項１に記載のＨＥＣＤ。
8. 前記電子放射線のビームの高照射強度部分を受けると予測される領域において、前記シンチレータが前記第２画像センサ部分に直接的に適用され、
   前記シンチレータによって生成された光画像が光学系によって前記第１画像センサ部分に投影される請求項７に記載のＨＥＣＤ。
9. 前記シンチレータが前記第２画像センサ部分を備えたシリコン装置の電子入射面上に配置されている請求項７に記載のＨＥＣＤ。
10. 前記第２画像センサ部分が直接露出面と前記直接露出面の後方に配置された背面とを有する薄型直接検出器であり、
    前記シンチレータが前記背面上に配置されている請求項７に記載のＨＥＣＤ。
11. 前記シンチレータが前記第２画像センサ部分に接触せずに搭載されている請求項７に記載のＨＥＣＤ。
12. 前記シンチレータが前記第１画像センサ部分を覆うように前記単一のシリコン装置の前面に搭載され、前記前面は前記単一のシリコン装置の高エネルギー電子放射線のビームに直接露出する面である請求項２に記載のＨＥＣＤ。
13. 前記シンチレータが前記第２画像センサ部分に隣接して搭載されている請求項７に記載のＨＥＣＤ。
14. 前記第１及び第２画像センサ部分は同時に読み出される請求項７に記載のＨＥＣＤ。
15. 前記第１及び第２画像センサ部分は独立に読み出される請求項７に記載のＨＥＣＤ。