JP2017515270A - ハイブリッドエネルギー変換と処理検出器 - Google Patents
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Abstract
Description
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。
その線量率は、開発されたクライオ顕微鏡の低線量率イメージングに適切である一方、図1,図2に示されたEELSとEDのような高線量率と高ダイナミックレンジの応用には低すぎる。フレームレートを図2Bに示されるような中線量領域を取り扱うことができるほど十分に増加することが考えられる一方、計数をEELS又はED信号の高強度部分のために使用すると考えることは非現実的である。
K2計数直接検出器の現在の世代では、Gatan株式会社によって開発された商用カメラは、入射電子事象を異なるフレームに分離するための極端な高速読み出しと連動する図3Dの従来技術の検出器配置と、電子事象を計数又は重心化して、合計する高速プロセッサとを使用し、使用可能な線量率が計数モードでは、線形モードよりも400倍低い。
図6は、計数を許すために必要とされる速度によるスパース(sparsification)である。左側には、まばらなビームによって生成された実際の信号が示されており、サイズを変えることでそれぞれの事象が複数の画素を覆っていることを示している。スパース(sparsification)は、1つの事象と他の事象との散乱の重複による誤計数と乏しい重心を防ぐために十分である必要がある。図6の右側の画像は、左のフレームを計数した結果を示している。事象強度と事象サイズの両方における変動性が計数プロセスを通じて減少する内容もまた示されている。
2014年3月に出版されたGatanデータシート”GIF Quantum”を参考にする。試料の妥当な領域を妥当な数の画素でカバーするための高速を要求するこの技術は、要素的なコントラストを用いるための領域において、とても弱い信号強度に高感度を要求し、規格化のため偏向されていないビームの取得とデジタル化もまた必要とする。同様の応用は同様の要求があるSTEMを用いた電子回折のため開発されている。
Claims (23)
- 高照射部分と低照射部分とを有する電子画像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、
エネルギー変換シンチレータと、
前記エネルギー変換シンチレータから画像を受け取るために構成された第1センサ部分と、
前記電子画像の一部を直接受け取るために構成された第2センサ部分と、
を備え、
前記シンチレータが電子画像の前記高照射部分に露出され、
前記第2センサ部分が前記画像の前記低照射部分に露出されるHECD。 - 前記第1及び第2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。
- 前記シンチレータが前記第1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。
- 前記第2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。
- 前記第1及び第2センサ部分が同時に読み出される請求項1に記載のHECD。
- 前記第1及び第2センサ部分が独立に読み出される請求項1に記載のHECD。
- 前記第1及び第2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。
- 高強度露出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センサ部分に直接的に適用され、
前記シンチレータが光学系によって前記第1センサ部分に撮像される請求項7に記載のHECD。 - 前記第2シンチレータが前記第2センサ部分の電子入射面上に配置されている請求項7に記載のHECD。
- 前記第2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。 - 前記シンチレータが前記第2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。
- 前記シンチレータが前記第2センサ部分の前面に搭載され、前記前面は高エネルギー電子に直接露出する面である請求項7に記載のHECD。
- 前記シンチレータが前記第2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。
- 前記第1及び第2センサ部分の露出の取得タイミングは、画像取得と同時になるように設定されている請求項7に記載のHECD。
- 前記第1及び第2センサ部分の露出の取得タイミングは、画像取得と独立となるように設定されている請求項7に記載のHECD。
- 請求項1に記載のHECDの前記第1及び第2センサ部分で取得された画像の処理方法であって、
画像タイプ合成アーティファクトを最小化するために、総画像ゲインと、変調伝達関数(MTF)と、サンプリングが、前記第1及び第2センサ部分によって取得された部分にとって、等しく又は単純に関連するように前記画像を分離して後処理する処理方法。 - 線形と計数を同時に読み出すハイブリッド処理直接照射検出器(HPDD)又は検出器の部分であって、
前記計数が事象エネルギーの重心による超分解能読み出しを含むHPDD。 - 前記検出器が前記検出器の全ての画素からの線形と計数の両方の同時読み出しを許すように設けられている請求項17に記載のHPDD。
- 動的に構成された線形と計数の読み出しを含む請求項17に記載のHPDD。
- 前記動的に構成された線形と計数の読み出しが、入射する線量率に基づいている請求項19に記載のHPDD。
- 第1及び第2撮像部分を有し、
前記HPDDがその撮像領域の前記第1部分に渡る線形読み出しとその撮像領域の前記第2部分に渡る計数読み出しとを有するように設けられている請求項17に記載のHPDD。 - 画像タイプ合成アーティファクトを最小化するために、総画像ゲインと、変調伝達関数(MTF)とが画像の前記線形部分と計数部分とで等しくなるように、それぞれの画像タイプに対して適切に調整された後処理を備えている請求項17に記載のHPDD。
- エネルギー変換シンチレータと、
前記エネルギー変換シンチレータから画像を受け取るために構成された第1センサ部分と、
前記電子画像の一部を直接受け取るために構成された第2センサ部分と、
を備え、
前記シンチレータが電子画像の前記高照射部分に露出される、
請求項17に記載のHPDD。
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