JPWO2021136774A5 - - Google Patents
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Description
本発明は、Ｘ線散乱装置に関する。 The present invention relates to an X-ray scattering device.
通常、Ｘ線散乱およびＸ線回折装置には、以下のものが含まれる。
１）線源
２）波長セレクタ（モノクロメータ）
３）コリメーションセクション（ビーム方向を定義し、残留バックグラウンド散乱または発散を除去）
４）サンプルエリア
５）検出器領域。
Ｘ線分析が採用されて以来、より高速な測定とより優れたデータ品質の必要性に駆り立てられた個々のコンポーネントの驚異的な開発が行われ、構造化および準構造化サンプルのますます多くのグループに特性評価の回答が提供されている。
Typically, X-ray scattering and X-ray diffraction equipment includes:
1) Ray source 2) Wavelength selector (monochromator)
3) Collimation section (defines beam direction and removes residual background scattering or divergence)
4) Sample area 5) Detector area.
Since the adoption of X-ray analysis, there has been a tremendous development of individual components, driven by the need for faster measurements and better data quality, and an increasing number of structured and semi-structured samples. Characterization answers are provided to the group.
さらに、例えば、より特定の情報を抽出するために、様々な高度に専門化された回折および散乱ジオメトリが開発されている。
１）粉末Ｘ線回折
ａ、ブラッグ－ブレンターノ反射
ｂ、ギニエトランスミッション
２）単結晶回折（透過）
３）後方反射ラウエ
４）かすめ入射Ｘ線回折
５）Ｘ線反射率
６）テクスチャ
７）小角Ｘ線散乱（透過）
８）広角Ｘ線散乱（透過）
９）Bonse-Hartウルトラスマート角度散乱
Additionally, a variety of highly specialized diffraction and scattering geometries have been developed, for example to extract more specific information.
1) Powder X-ray diffraction a, Bragg-Brentano reflection b, Guinier transmission 2) Single crystal diffraction (transmission)
3) Backward reflection Laue 4) Grazing incidence X-ray diffraction 5) X-ray reflectance 6) Texture 7) Small-angle X-ray scattering (transmission)
8) Wide-angle X-ray scattering (transmission)
9) Bonse-Hart Ultrasmart Angle Scattering
機器への投資を最大限に活用するために、いくつかのX線散乱装置により、様々な構成を簡単に切り替えることができる、一例として、ソースアノード材料を変更することによって波長を切り替える。XenocsデュアルソースSAXS、またはコリメーションコンポーネントを変更することによるスイッチング技術が挙げられる。したがって、わずかな追加コストで、まったく新しい散乱または回折アプリケーション用に機器を再最適化することができる。 To get the most out of your equipment investment, some X-ray scattering instruments allow you to easily switch between various configurations; one example is switching the wavelength by changing the source anode material. Examples include Xenocs dual source SAXS, or switching techniques by changing collimation components. Therefore, the instrument can be reoptimized for entirely new scattering or diffraction applications at little additional cost.
材料科学と開発では、材料機能に対する階層構造の影響を研究するために、大規模な構造の特性評価が必要である。複雑な材料は、長さのスケールに応じて、多かれ少なかれ構造化されたエンティティを示す。さらに、新しい材料の開発には、外部パラメータに応じた現場での特性評価、または動作中の構造特性評価が必要になる。通常１～１５０ｎｍの長さスケールの構造を持つナノ構造材料は、十分な電子密度コントラストを持つ２つの相がサンプルによって弾性的に散乱されたＸ線ビームの強度を分析することによって存在する。この手法は、溶液中のポリマ、コロイドまたはタンパク質の分野において、ソフトマターの特性評価に広く使用されている。 Materials science and development requires large-scale structural characterization to study the effects of hierarchical structure on material functionality. Complex materials exhibit more or less structured entities depending on the length scale. Furthermore, the development of new materials requires in-situ characterization or in-operation structural characterization depending on external parameters. Nanostructured materials, typically with structures on length scales of 1-150 nm, exist by analyzing the intensity of an X-ray beam that is elastically scattered by the sample to form two phases with sufficient electron density contrast. This technique is widely used for the characterization of soft matter in the field of polymers, colloids or proteins in solution.
新しい材料の特性評価では、結晶構造を特性評価するために広角Ｘ線散乱（WAXS）と組み合わせる必要があり、ほとんどのSAXS特性評価機器は、SAXS／WAXSとUSAXS（超小角X線散乱）とを組み合わせて、１方向のみの散乱プロファイルを測定する、例えば、USAXS Bonse-Hart構成を使用して、通常、１Ａから数ミクロンの構造をプローブする。
言い換えると、広角Ｘ線散乱（WAXS）は、通常、分析対象のサンプルの結晶化度と結晶相に関する情報にアクセスできるが、小角Ｘ線散乱（SAXS）は、通常、ナノスケールレベルのサンプル構造（ナノ構造）に関する情報へのアクセスを提供する。結晶相とナノ構造の両方が材料特性に影響を与えるため、同じサンプルと同じ機器でSAXSとWAXSの両方を実行することに関心がある。
Characterization of new materials requires a combination of wide-angle X-ray scattering (WAXS) to characterize the crystal structure, and most SAXS characterization instruments combine SAXS/WAXS with USAXS (ultra-small-angle X-ray scattering). In combination, measuring the scattering profile in only one direction, for example, using a USAXS Bonse-Hart configuration, typically probes structures from 1A to a few microns.
In other words, wide-angle X-ray scattering (WAXS) typically has access to information about the crystallinity and crystalline phase of the sample being analyzed, whereas small-angle X-ray scattering (SAXS) typically has access to information about the sample structure at the nanoscale level ( nanostructures). It is of interest to perform both SAXS and WAXS on the same sample and on the same equipment, as both crystalline phase and nanostructure influence material properties.
しかしながら、上記の関心のあるＸ線技術のほとんどは、卓上アプリケーションに適したかなりコンパクトな機器、または２ｍ×２ｍ未満のフットプリントのせいぜい小さな実験室機器で最適に構成できるが、長い機器（３ｍから１０ｍｍ）は、一貫して解像度と強度のより良い組み合わせを提供するSAXS機器には当てはまらない。より短い機器は、SAXSで望まれる最高の解像度でより少ない強度を提供し、その結果、機器は長くとどまる。
それにもかかわらず、最近の開発では、従来のSAXSを、Bonse-Hart超小角Ｘ線散乱、かすめ入射回折、広角Ｘ線散乱、粉末およびテクスチャ分析などの他の構成と組み合わせ始めている。
However, most of the above-mentioned X-ray techniques of interest can be optimally configured with fairly compact equipment suitable for tabletop applications, or at best small laboratory equipment with a footprint of less than 2m x 2m, but with longer equipment (from 3m to 10mm) is not the case for SAXS instruments, which consistently provide a better combination of resolution and intensity. A shorter instrument provides less intensity at the highest resolution desired in SAXS, and as a result the instrument stays longer.
Nevertheless, recent developments have begun to combine conventional SAXS with other configurations such as Bonse-Hart ultrasmall-angle X-ray scattering, grazing-incidence diffraction, wide-angle X-ray scattering, and powder and texture analysis.
同じサンプルおよび機器でSAXSおよびWAXS測定を実行するために、Ｘ線散乱装置は、以下を含む。
－Ｘ線散乱によって分析されるサンプルを整列および／または配向するためのサンプルホルダ；
－第１Ｘ線源と第１モノクロメータを含み、第１Ｘ線ビームを生成してビーム経路に沿ってサンプルホルダに向かって伝播方向に向けるためにサンプルホルダの上流に配置された第１Ｘ線ビーム送達システム；
－サンプルホルダの下流に配置され、特に電動方式で、第１Ｘ線ビームおよびサンプルから異なる散乱角で散乱されたＸ線を検出するなどの伝播方向に沿って移動可能な遠位Ｘ線検出器；
ここで、第１Ｘ線ビーム送達システムは、サンプルホルダから最大の距離に配置されたときに遠位Ｘ線検出器上またはその近くの焦点に第１Ｘ線ビームを集束させるように、または平行ビームを生成するように構成され、「Xeuss3.0」という名前で出願人から市販されている。
To perform SAXS and WAXS measurements on the same sample and equipment, the X-ray scattering device includes:
- a sample holder for aligning and/or orienting the sample to be analyzed by X-ray scattering;
- a first X-ray beam delivery comprising a first X-ray source and a first monochromator and arranged upstream of the sample holder for generating and directing a first X-ray beam along the beam path in the direction of propagation towards the sample holder; system;
- a distal X-ray detector arranged downstream of the sample holder and movable along the propagation direction, in particular in a motorized manner, for detecting the X-rays scattered at different scattering angles from the first X-ray beam and the sample;
wherein the first x-ray beam delivery system is configured to focus the first x-ray beam to a focal point on or near the distal x-ray detector when placed at maximum distance from the sample holder, or to direct the parallel beam to a focal point on or near the distal x-ray detector. and is commercially available from the applicant under the name "Xeuss3.0".
この従来のＸ線散乱装置の第１Ｘ線ビーム送達システムは、第１Ｘ線源、例えば、Ｘ線を生成するためのＣｕまたはＭｏアノードを備えた線源、および、生成された第１Ｘ線ビームを、本質的に水平な伝播方向に沿ってサンプルホルダに向けて方向付けおよび調整する第１モノクロメータ、および、Ｘ線散乱の分野で知られ真空チャンバ内に配置されてもよい他の通常のサンプルステージ装置、を含む光学およびコリメーションシステムを備えている。 The first X-ray beam delivery system of this conventional X-ray scattering device includes a first X-ray source, e.g. a source comprising a Cu or Mo anode for generating X-rays, and a first X-ray beam generated. , a first monochromator orienting and aligning towards the sample holder along an essentially horizontal propagation direction, and other conventional samples known in the field of X-ray scattering and which may be placed in a vacuum chamber. stage equipment, including optical and collimation systems.
この従来のＸ線散乱装置は、サンプルホルダの下流、すなわち、第１Ｘ線ビーム送達システムの側面と反対のサンプルホルダの側面に配置された少なくとも１つのＸ線検出器を含む：遠位Ｘ線光線検出器は通常、検出器ステージに取り付けられ、サンプルホルダから５０００ｍｍまでの大きな水平距離（通常は５０ｍｍから１０００ｍｍ以上の範囲）で直接ビームの伝播方向に沿って移動できるようにする。遠位Ｘ線検出器の位置の詳細とそのセンサのサイズに応じて、通常、サンプルから散乱されたＸ線を、約２θ＝０．０５°および６０°から７０°までの大きさという小さな直接Ｘ線ビームに対して散乱角で検出することができる。したがって、遠位Ｘ線検出器は、ナノスケールレベルでサンプル構造に関する情報を提供する小角Ｘ線散乱（SAXS）およびサンプルの結晶化度に関する情報を提供する広角X線散乱（WAXS）に適している。 This conventional X-ray scattering device includes at least one X-ray detector arranged downstream of the sample holder, i.e. on the side of the sample holder opposite to the side of the first X-ray beam delivery system: a distal X-ray beam. The detector is typically mounted on a detector stage, allowing it to be moved directly along the beam propagation direction over a large horizontal distance of up to 5000 mm from the sample holder (typically in the range of 50 mm to 1000 mm or more). Depending on the details of the location of the distal X-ray detector and the size of its sensor, it typically directs the X-rays scattered from the sample to a small direct beam of approximately 2θ = 0.05° and a magnitude of 60° to 70°. It can be detected by the scattering angle with respect to the X-ray beam. Therefore, the distal X-ray detector is suitable for small-angle X-ray scattering (SAXS), which provides information about the sample structure at the nanoscale level, and wide-angle X-ray scattering (WAXS), which provides information about the crystallinity of the sample. .
プラスチック、エラストマ、複合材料、フォーム、テキスタイル、バイオポリマ等の新しいタイプの材料を開発している科学者は、Ｘ線散乱測定とＸ線イメージング、特に、吸収、または軽元素材料（または低Ｚの材料）には特に有利な位相コントラストに基づくＸ線ラジオグラフィを組み合わせるために使用される。これらの技術を組み合わせたアプリケーションのいくつかの例は、半結晶性ポリマ、ポリマ繊維、またはナノコンポジットの特性評価であって、原子スケールおよびナノスケールでの構造情報とその配向をＸ線イメージング情報と組み合わせて、機械的性能またはその他の材料特性を最適化できる。高分子材料の場合、関連するパラメータの例は、WAXSで決定された結晶化度と結晶子配向、SAXSで決定されたナノメートルスケールのドメインサイズとそれらの配向であるが、材料のボイドとクラックはＸ線ラジオグラフィで測定される。これらのパラメータがどのように相関するかを研究することは、新しい材料の開発に非常に関連している可能性がある。その結果、２つの異なる機器、または全ての手法を組み合わせた場合は、それ以上を使用する必要があり、組み合わせた分析方法への体系的なアクセスが制限される。 Scientists developing new types of materials such as plastics, elastomers, composites, foams, textiles, and biopolymers use X-ray scattering measurements and X-ray imaging, especially for absorbing or light-element materials (or low Z Materials) are particularly advantageous for use in combination with phase contrast-based X-ray radiography. Some examples of applications that combine these techniques are the characterization of semicrystalline polymers, polymer fibers, or nanocomposites, where structural information and their orientation at the atomic and nanoscales are combined with X-ray imaging information. In combination, mechanical performance or other material properties can be optimized. For polymeric materials, examples of relevant parameters are crystallinity and crystallite orientation determined by WAXS, nanometer-scale domain sizes and their orientation determined by SAXS, voids and cracks in the material. is measured by X-ray radiography. Studying how these parameters correlate could be highly relevant to the development of new materials. As a result, two different instruments, or more if all techniques are combined, have to be used, limiting systematic access to combined analytical methods.
さらに、測定値の相互比較はトリッキーであり、一方のイメージングと他方のSAXS／WAXS特性評価では視野が異なるため（これには、サンプルの切断またはさらなるＸ線散乱実験のための分析領域の事前位置特定が必要になる場合がある）、全ての実験をセットアップするのに時間がかかる可能性がある。本発明の１つの利点は、同じセットアップでＸ線散乱（SAXSおよびWAXS）およびＸ線イメージング（吸収および／または位相コントラストラジオグラフィ）の両方の測定技術を組み合わせて、両方の技術で同じサンプルを体系的に分析できることである。セットアップは、例えば、動的実験中にX線散乱およびＸ線イメージング測定チャネルを順次使用して、より広い長さのスケールで情報を提供することにより、サンプルが温度、応力、せん断、湿度、またはその他のタイプの外部要請にさらされる場合、その場での動的実験に有利に使用することができる。 Furthermore, intercomparison of measurements is tricky, as imaging on the one hand and SAXS/WAXS characterization on the other have different fields of view (this includes sample cutting or pre-positioning of the analysis area for further X-ray scattering experiments). specific experiments may be required), and it can take time to set up all experiments. One advantage of the present invention is that it combines both X-ray scattering (SAXS and WAXS) and X-ray imaging (absorption and/or phase contrast radiography) measurement techniques in the same setup, allowing both techniques to systemize the same sample. This is something that can be analyzed objectively. The setup can be used, for example, by sequentially using X-ray scattering and X-ray imaging measurement channels during dynamic experiments to provide information on wider length scales, so that the sample is exposed to temperature, stress, shear, humidity, or It can be advantageously used for in-situ dynamic experiments when exposed to other types of external demands.
さらに別の利点は、SAXS／WAXS機器の一般的なＸ線フットプリントが、通常、ｍｍ２未満の範囲であることである。このタスクは、一般に、サンプルのＸ線透過マップ（または吸収マップ）を実行して、サンプルを通過する直接Ｘ線ビームの透過強度を測定し、さらにSAXSまたはWAXSの特性評価のために関心領域を定義することによって実現される。Ｘ線ビーム送達システムは、SAXSに必要なサンプルで発散とビームサイズが制御された単色ビームを提供するため、このような吸収マッピングのコントラストには、Ｘ線散乱分析のセットアップで非常に長い測定時間が必要である。本発明のさらなる利点の１つは、大きな不均一なサンプル（数百ミクロンからミリメートルスケールでの不均一性）でのSAXS／WAXS実験に最適な条件を備えた改良されたＸ線散乱装置を提案することである。 Yet another advantage is that the typical X-ray footprint of SAXS/WAXS equipment is typically in the sub-mm 2 range. This task generally involves performing an X-ray transmission map (or absorption map) of the sample to measure the transmitted intensity of the direct X-ray beam passing through the sample, and to further define the region of interest for SAXS or WAXS characterization. This is achieved by defining Since the X-ray beam delivery system provides a monochromatic beam with controlled divergence and beam size at the sample required for SAXS, such absorption mapping contrast requires very long measurement times in the X-ray scattering analysis setup. is necessary. One of the further advantages of the present invention is that it proposes an improved X-ray scattering instrument with optimal conditions for SAXS/WAXS experiments on large heterogeneous samples (heterogeneity on the scale of hundreds of microns to millimeters). It is to be.
したがって、本発明の目的は、SAXSおよびＸ線画像測定にそれぞれ最適な条件を提供することを可能にする、上記のタイプの改良されたＸ線散乱装置を提案することである。
本発明によれば、この目的は、上記の従来型のＸ線散乱装置によって達成され、これは、Ｘ線散乱装置はさらに、第２Ｘ線源を含み、発散する第２Ｘ線ビームを生成し、Ｘ線イメージング用のサンプルホルダに向けるように構成される第２Ｘ線ビーム送達システムを備えている。
The aim of the invention is therefore to propose an improved X-ray scattering device of the above type, which makes it possible to provide optimal conditions for SAXS and X-ray image measurements, respectively.
According to the invention, this object is achieved by the above-mentioned conventional X-ray scattering device, which further comprises a second X-ray source and generates a second diverging X-ray beam; A second x-ray beam delivery system is configured to direct the sample holder for x-ray imaging.
イメージング用の第２Ｘ線ビーム送達システムは同じＸ線散乱装置の一部として提供されているため、異なる機器間でサンプルを移動する必要はない。さらに、第２Ｘ線源は、発散する第２Ｘ線ビームを生成し、Ｘ線イメージング用に最適化されたビーム特性を有するサンプルホルダに向ける。したがって、通常は、SAXSまたはWAXS測定用に最適化された第１Ｘ線ビームをイメージング目的でも使用する必要がないため、貴重な測定時間を節約することができる。特に、本発明に係るＸ線散乱装置は、第２Ｘ線ビームを使用してサンプルホルダに取り付けられたサンプルのＸ線イメージング分析を実行し、次いで、サンプルに基づいて、またはサンプルに基づいて関心領域を定義することを可能にする。前記Ｘ線画像分析の結果に基づいて、そして連続して、例えば、SAXSおよび／またはWAXS測定によって、前記第１Ｘ線ビームを使用して、前記関心領域のＸ線散乱分析を実行する。 Since the second X-ray beam delivery system for imaging is provided as part of the same X-ray scattering device, there is no need to move samples between different instruments. Additionally, a second x-ray source generates a second diverging x-ray beam and directs it toward the sample holder having beam characteristics optimized for x-ray imaging. Therefore, it is usually not necessary to also use the first X-ray beam optimized for SAXS or WAXS measurements for imaging purposes, thereby saving valuable measurement time. In particular, the X-ray scattering device according to the invention performs an X-ray imaging analysis of a sample mounted on a sample holder using a second X-ray beam, and then performs an X-ray imaging analysis of a sample-based or sample-based allows to define. Based on the results of the X-ray image analysis and subsequently, using the first X-ray beam, perform an X-ray scattering analysis of the region of interest, for example by SAXS and/or WAXS measurements.
本発明に係るＸ線散乱装置の一実施形態では、第２Ｘ線ビームは、第１Ｘ線ビームの伝播方向に対して１０°以下の角度を有する伝播方向を有する。特に、第２Ｘ線ビームは、第１Ｘ線ビームと平行であってもよい。両方のＸ線ビームが平行またはほぼ平行に伝播するため、通常の方法でのSAXS／WAXS測定だけでなく、Ｘ線イメージング測定にも遠位Ｘ線検出器を使用することができる。この目的のために、遠位Ｘ線検出器は、第１Ｘ線ビームの伝播方向に沿ってだけでなく、それに垂直な平面内でも移動可能であってもよい。 In one embodiment of the X-ray scattering device according to the invention, the second X-ray beam has a propagation direction that makes an angle of 10° or less with respect to the propagation direction of the first X-ray beam. In particular, the second x-ray beam may be parallel to the first x-ray beam. Since both X-ray beams propagate parallel or nearly parallel, the distal X-ray detector can be used not only for SAXS/WAXS measurements in the usual way, but also for X-ray imaging measurements. For this purpose, the distal X-ray detector may be movable not only along the propagation direction of the first X-ray beam, but also in a plane perpendicular thereto.
本発明の実施形態の１つでは、第２Ｘ線ビーム送達システムは、第１Ｘ線ビームを通過させるように、サンプルホルダの上流の位置に固定して配置することができる。これにより、両方のＸ線ビームがサンプル環境（サンプルホルダが配置されている真空チャンバ等）に到達できるようになる。サンプルが十分に大きく、ソースが非常にコンパクトである場合には、原則として、移動することなく両方のビームで到達できる。 In one embodiment of the invention, the second X-ray beam delivery system can be fixedly positioned at a position upstream of the sample holder to pass the first X-ray beam. This allows both X-ray beams to reach the sample environment (such as the vacuum chamber in which the sample holder is placed). If the sample is large enough and the source is very compact, it can in principle be reached by both beams without moving.
しかしながら、平行またはほぼ平行なＸ線ビームを有する本発明に係るＸ線散乱装置のこれらの実施形態では、サンプルホルダは、第１Ｘ線ビームの伝播方向に垂直な平面内において、特に、電動方式で移動可能であることが好ましい。これにより、サンプルを、SAXSおよび／またはWAXS測定用の第１Ｘ線ビームを遮る第１測定位置から、イメージング測定用の第２Ｘ線ビームを遮る第２測定位置に移動することができる。 However, in these embodiments of the X-ray scattering device according to the invention with parallel or approximately parallel X-ray beams, the sample holder is arranged in a plane perpendicular to the direction of propagation of the first X-ray beam, in particular in a motorized manner. Preferably, it is movable. Thereby, the sample can be moved from a first measurement position that intercepts a first X-ray beam for SAXS and/or WAXS measurements to a second measurement position that intercepts a second X-ray beam for imaging measurements.
第１Ｘ線ビームを通過させるように、サンプルホルダの上流の位置に第２Ｘ線ビーム送達システムを固定して配置する代わりに、本発明に係るＸ線散乱装置は、第２Ｘ線ビーム送達システムをサンプルホルダの上流の位置で第１Ｘ線ビームに移動させるように構成された挿入モジュールをさらに備えていてもよい。挿入モジュールは、ユーザによる手動の相互作用を回避する、第２Ｘ線ビーム送達システムのコンピュータ制御された動きを可能にしてもよい。 Instead of fixedly arranging the second X-ray beam delivery system at a position upstream of the sample holder to pass the first X-ray beam, the X-ray scattering device according to the invention provides a second It may further include an insertion module configured to move into the first x-ray beam at a location upstream of the holder. The insertion module may allow computer-controlled movement of the second x-ray beam delivery system, avoiding manual interaction by the user.
この場合、Ｘ線散乱装置は、好ましくは、ビーム経路に沿って、第１Ｘ線ビーム送達システムの下流の位置からサンプルホルダの上流の位置まで延びるメインコリメーションチューブをさらに含む。ここで、挿入モジュールは、第２Ｘ線ビーム送達システムまたはコリメーションチューブ延長部を、メインコリメーションチューブとサンプルホルダとの間の位置でビーム経路に交互に配置するように構成された電動プラットフォームを含む。SAXS測定の場合、コリメーションチューブ延長部がビーム経路に配置され、第１Ｘ線ビームがサンプルホルダに取り付けられたサンプルに衝突する直接ビームとして機能できるようになる。しかしながら、イメージング測定の場合、第２Ｘ線ビーム送達システムは、電動プラットフォームによってビームパスに配置される。次に、Ｘ線散乱装置のコンピュータ制御システムは、Ｘ線ビームがサンプルホルダに取り付けられたサンプルを照射するように、第１Ｘ線ビーム送達システムのシャッタを作動させて第１Ｘ線ビームを遮断し、第２Ｘ線ビーム送達システムのシャッタを作動させて、第２Ｘ線ビーム送達システムを作動させることができる。 In this case, the X-ray scattering device preferably further comprises a main collimation tube extending along the beam path from a position downstream of the first X-ray beam delivery system to a position upstream of the sample holder. Here, the insertion module includes a motorized platform configured to alternately position the second X-ray beam delivery system or collimation tube extension in the beam path at a location between the main collimation tube and the sample holder. For SAXS measurements, a collimation tube extension is placed in the beam path to allow the first X-ray beam to act as a direct beam impinging on the sample mounted on the sample holder. However, for imaging measurements, a second X-ray beam delivery system is placed in the beam path by a motorized platform. the computer control system of the x-ray scattering device then actuates a shutter of the first x-ray beam delivery system to block the first x-ray beam so that the x-ray beam illuminates the sample attached to the sample holder; A shutter of the second x-ray beam delivery system can be actuated to actuate the second x-ray beam delivery system.
好ましくは、メインコリメーションチューブの下流端およびコリメーションチューブ延長部の上流端は、真空気密接続のためのそれぞれの接続要素を備えている。これにより、SAXS測定中にコリメーションチューブ延長部がビームパスに配置されたときに、第１Ｘ線ビーム送達システムからサンプルホルダまでのビームパスを基本的に真空に保つことができる。 Preferably, the downstream end of the main collimation tube and the upstream end of the collimation tube extension are provided with respective connecting elements for a vacuum-tight connection. This allows the beam path from the first X-ray beam delivery system to the sample holder to be essentially kept under vacuum when the collimation tube extension is placed in the beam path during SAXS measurements.
SAXS／WAXSおよび画像測定のために遠位Ｘ線検出器を使用するために、平行またはほぼ平行な第１および第２Ｘ線ビームを使用する代わりに、本発明によるＸ線散乱装置の他の実施形態は、第２Ｘ線ビームは、第１Ｘ線ビームの伝播方向に対して１０°を超える角度を有する伝播方向を有する。これらの実施形態では、第２Ｘ線ビーム送達システムは、好ましくは、第１Ｘ線ビームを通過させるようにサンプルホルダの上流の位置に配置され、さらに、第１Ｘ線ビームがサンプルを透過した第２Ｘ線ビーム送達システムからのＸ線を通過して検出するように、サンプルホルダの下流に配置された近位Ｘ線検出器を含む。この近位Ｘ線検出器は、本発明に係る画像測定だけでなく、出願人の欧州特許出願１９２９０１２６．２に詳細に記載されているように、WAXS測定にも使用することができ、その内容は参照により本明細書に組み込まれる。 Instead of using parallel or nearly parallel first and second X-ray beams to use a distal X-ray detector for SAXS/WAXS and image measurements, other implementations of the X-ray scattering device according to the invention In the configuration, the second x-ray beam has a propagation direction that is at an angle of more than 10° with respect to the propagation direction of the first x-ray beam. In these embodiments, the second x-ray beam delivery system is preferably positioned upstream of the sample holder to pass the first x-ray beam, and further includes a second x-ray beam transmitted by the first x-ray beam through the sample. A proximal x-ray detector positioned downstream of the sample holder is included to pass through and detect x-rays from the beam delivery system. This proximal X-ray detector can be used not only for image measurements according to the invention, but also for WAXS measurements, as detailed in applicant's European patent application 19290126.2, the content of which is incorporated herein by reference.
この実施形態の好ましいさらなる開発において、サンプルホルダおよび／または近位Ｘ線検出器は、特に電動方式で、サンプルホルダを通過し、第２Ｘ線ビームの伝播方向に垂直である少なくとも１つの回転軸の周りで回転可能であってもよい。これにより、SAXSおよび／またはWAXS測定用の第１Ｘ線ビームを遮る第１測定位置から、サンプルを、両方の測定位置でそれぞれのＸ線ビームに本質的に垂直なサンプル表面を用いて、イメージング測定用の第２Ｘ線ビームを遮る第２測定位置に回転させることができる。 In a preferred further development of this embodiment, the sample holder and/or the proximal X-ray detector is arranged, in particular in a motorized manner, at least one axis of rotation passing through the sample holder and perpendicular to the direction of propagation of the second X-ray beam. It may be rotatable around it. This allows imaging measurements to be taken of the sample from a first measurement position that intercepts the first X-ray beam for SAXS and/or WAXS measurements, with the sample surface essentially perpendicular to the respective X-ray beam in both measurement positions. can be rotated to a second measurement position that intercepts a second x-ray beam for use.
好ましくは、本発明によるＸ線散乱装置は、ランダム構造の物体をサンプルホルダの上流または下流の第２Ｘ線ビームに挿入するように適合された物体挿入ユニットをさらに備えている。これにより、屈折角の測定に基づいた特殊な種類のＸ線位相差イメージング分析を実行することができ、位相差マップは、ビームに置かれた際に、サンプルの相互作用がある場合とない場合とでランダム構造の物体によって生成されたパターンを比較することによって取得される。スペックルベースの位相差イメージングは、本発明に係る方法に関連して以下に詳細に説明されるこれらの方法の１つである。 Preferably, the X-ray scattering device according to the invention further comprises an object insertion unit adapted to insert randomly structured objects into the second X-ray beam upstream or downstream of the sample holder. This makes it possible to perform a special type of X-ray phase contrast imaging analysis based on the measurement of refraction angles, where the phase contrast map is determined with and without sample interaction when placed in the beam. is obtained by comparing the patterns generated by a randomly structured object with and. Speckle-based phase contrast imaging is one of these methods, which will be explained in detail below in connection with the method according to the invention.
あるいは、本発明によるＸ線散乱装置は、構造化された物体によって生成された画像をビームに配置されたときにサンプルの相互作用がある場合とない場合で比較することによりサンプルの位相マップを取得するため、第２Ｘ線ビームの波面変調を生成するように適合された繰り返し構造を有する構造化物体を、第２Ｘ線ビームに挿入するように適合された物体挿入ユニットを含む。 Alternatively, the X-ray scattering device according to the invention obtains a phase map of the sample by comparing images produced by a structured object with and without interaction of the sample when placed in the beam. The apparatus includes an object insertion unit adapted to insert into the second X-ray beam a structured object having a repeating structure adapted to generate a wavefront modulation of the second X-ray beam.
好ましくは、本発明に係るＸ線散乱装置は、サンプルホルダの上流または下流の第２Ｘ線ビームに回折マスクを挿入するように適合されたマスク挿入ユニットをさらに含み。前記回折マスクは、サンプルがビームに配置されたときにサンプルの相互作用がある場合とない場合で、回折マスクによって生成されたパターンを比較することによってサンプルの２Ｄ暗視野画像を生成するために、Ｘ線ビームの変調パターンを生成するように適合されている。 Preferably, the X-ray scattering device according to the invention further comprises a mask insertion unit adapted to insert a diffraction mask into the second X-ray beam upstream or downstream of the sample holder. The diffraction mask is used to generate a 2D dark field image of the sample by comparing the pattern produced by the diffraction mask with and without sample interaction when the sample is placed in the beam. The X-ray beam is adapted to generate a modulation pattern.
全ての実施形態およびさらなる開発において、本発明に係るＸ線散乱装置は、好ましくは、第１Ｘ線ビーム送達システムおよび第２Ｘ線ビーム送達システムを使用して、次々にまたは同時に測定を実行する等、Ｘ線散乱装置を制御するように構成されたコンピュータ制御システムをさらに備える。
本発明はさらに、上記のようなＸ線散乱装置を使用し、好ましくは以下のステップを含むＸ線散乱法に言及している。
－前記第２Ｘ線ビームを使用して、サンプルホルダに取り付けられたサンプルのＸ線画像分析を実行するステップ
－前記Ｘ線画像分析の結果に基づいて、サンプル内またはサンプル上に関心領域を定義するステップ
－前記第１Ｘ線ビームを使用して、前記関心領域のＸ線散乱分析を実行するステップ。
In all embodiments and further developments, the X-ray scattering device according to the invention preferably performs measurements using a first X-ray beam delivery system and a second X-ray beam delivery system, one after the other or simultaneously, etc. Further comprising a computer control system configured to control the x-ray scattering device.
The invention further refers to an X-ray scattering method using an X-ray scattering apparatus as described above and preferably comprising the following steps.
- performing an X-ray image analysis of a sample mounted on a sample holder using said second X-ray beam; - defining a region of interest in or on the sample based on the results of said X-ray image analysis; Step--Performing an X-ray scattering analysis of the region of interest using the first X-ray beam.
サンプルのＸ線画像化分析は、以下に記載される複数の画像化方法を含んでいてもよい。
（位相差イメージング）
記載された本発明によるＸ線散乱装置は、数ミクロンから数十ミクロンの分解能を有するサンプル吸収コントラストに基づいてＸ線画像を取得する本発明による方法を実行することを可能にする。本発明の好ましい実施形態では、装置のＸ線画像化部分はまた、低吸収コントラストを有するサンプルに対してＸ線画像化を実行するために、位相差画像化に適合されている。Ｘ線イメージングは、媒体を通過するときに減衰するＸ線からのコントラストに基づいている。減衰と位相差は、基本的に、材料の複素屈折率ｎの虚数部と実数部であるβとδとによってそれぞれ決定される（ｎ=１－δ＋ｉβ）。硬Ｘ線レジーム（高エネルギーの場合）では、低Ｚ材料のδはβよりもはるかに大きくなる。位相差イメージングは、特に、高エネルギー（＞１０ｋｅＶ）を使用する場合、軽い材料の吸収コントラストイメージングよりもはるかに感度が高くなる。
本発明の装置は、Ｘ線散乱およびＸ線画像化システムを組み合わせたものであるため、使用される材料は、一般に、高エネルギーでの画像化のためにＸ線源を必要としない低Ｚ材料である。それでも、位相差イメージングチャネルは、マトリックスに近い吸収コントラストを備えたエッジ強調またはイメージング機能に非常に有利である可能性がある。
様々なＸ線位相差イメージング法を使用できる。位相差によって引き起こされる屈折角の測定に基づくものもあれば、干渉法に基づくものもある。
X-ray imaging analysis of the sample may include multiple imaging methods described below.
(Phase contrast imaging)
The described X-ray scattering device according to the invention makes it possible to carry out the method according to the invention for acquiring X-ray images on the basis of sample absorption contrast with a resolution of a few microns to several tens of microns. In a preferred embodiment of the invention, the X-ray imaging part of the device is also adapted for phase contrast imaging in order to perform X-ray imaging on samples with low absorption contrast. X-ray imaging is based on contrast from X-rays that attenuate as they pass through the medium. Attenuation and phase difference are basically determined by β and δ, which are the imaginary and real parts of the material's complex refractive index n (n=1−δ+iβ), respectively. In the hard X-ray regime (high energies), δ for low Z materials becomes much larger than β. Phase contrast imaging is much more sensitive than absorption contrast imaging of lighter materials, especially when using high energies (>10 keV).
Since the device of the present invention is a combined X-ray scattering and X-ray imaging system, the materials used are generally low-Z materials that do not require an X-ray source for imaging at high energies. It is. Still, phase-contrast imaging channels can be highly advantageous for edge enhancement or imaging functions with near-matrix absorption contrast.
Various X-ray phase contrast imaging methods can be used. Some are based on measurements of refraction angles caused by phase differences, others on interferometry.
（伝播ベースの位相差イメージング）
本発明の一実施形態では、位相差イメージングは、Ｘ線波面の自由伝播を分析し、そのような波面に対するサンプルの影響を調べることにより、追加のコンポーネントなしで第２ビーム送達システムを使用して実現される。増加した伝播距離（すなわち、物体と検出器の間の増加した距離）を使用することにより、イメージングは、吸収コントラスト画像から、位相変化が検出可能な強度変化に発展する近接場イメージングレジームに移行する。伝播法（ＰＢＩ）を使用した位相差イメージングには、高い空間コヒーレンスを備えたＸ線源が必要である。ＰＢＩ法は、伝播距離がニアフィールドにとどまるように、スポットサイズが５０ミクロン未満、好ましくは１０ミクロン未満のＸ線イメージングソースと、メインエネルギー（８～３０ｋｅＶで構成されるアノードの蛍光線）を生成するＸ線イメージング線源を用いて使用される。
(propagation-based phase contrast imaging)
In one embodiment of the invention, phase contrast imaging is performed using a second beam delivery system without additional components by analyzing the free propagation of X-ray wavefronts and examining the influence of the sample on such wavefronts. Realized. By using increased propagation distance (i.e., increased distance between object and detector), imaging moves from absorption contrast images to a near-field imaging regime where phase changes evolve into detectable intensity changes. . Phase contrast imaging using propagation method (PBI) requires an X-ray source with high spatial coherence. The PBI method produces an X-ray imaging source with a spot size of less than 50 microns, preferably less than 10 microns, and a main energy (anode fluorescence line consisting of 8-30 keV) so that the propagation distance remains in the near field. used with X-ray imaging sources.
有効伝播距離が長くなると位相差がより顕著になるため、本発明によるＰＢＩ位相差イメージングチャネルの使用は、この画像に基づいて、小さなＳ１’物体から検出器までの距離を使用してサンプルの広い視野で吸収コントラストを使用してサンプルのＸ線画像を測定し、関心のある潜在的なゾーンを決定することを含んでいてもよい（つまり、特定の特徴が推測または予想されるゾーン）してもよく、位相差イメージングを使用して機能を強化するために、より長い距離Ｓ１’で第２画像を測定する。例えば、位相差イメージングを使用して、接合材料が同等の吸収コントラストを持ち、小角Ｘ線散乱測定位置の適切な位置を定義する場合に溶接ゾーンを定義できる。 Based on this image, the use of a PBI phase-contrast imaging channel in accordance with the present invention uses a small S1' object-to-detector distance to detect a wide range of samples, since the phase difference becomes more pronounced as the effective propagation distance increases. It may include measuring an X-ray image of the sample using absorption contrast in the field of view to determine potential zones of interest (i.e., zones where particular features are inferred or expected). Alternatively, a second image is measured at a longer distance S1' to enhance the functionality using phase contrast imaging. For example, phase contrast imaging can be used to define a weld zone if the joining materials have comparable absorption contrast and define the appropriate location for the small angle X-ray scattering measurement location.
本発明による方法の別の実施形態では、サンプルのＸ線散乱分析を最初に実施することができる。結果およびサンプルの潜在的な不確実性に基づいて、Ｘ線位相差イメージングを実行して、Ｘ線吸収画像のコントラストが不足している可能性があるために検出されなかった不確実性（SAXS測定位置または様々なエンティティ内の凝集状態の存在）を検証することができる。
位相差イメージングデータ処理には、吸収情報から位相情報を抽出するための位相回復プロセスが含まれる。好ましい実施形態では、使用されるデータアルゴリズムは、単一の伝播距離（単一の検出器測定位置）に基づいてこの情報を分離および抽出するように適合される。本発明の別の実施形態では、いくつかの取得距離を使用するアルゴリズムが使用される。
In another embodiment of the method according to the invention, an X-ray scattering analysis of the sample can be carried out first. Based on the results and potential uncertainties in the sample, X-ray phase contrast imaging was performed to detect uncertainties that were not detected due to possible lack of contrast in the X-ray absorption images (SAXS measurement locations or the existence of agglomeration conditions within various entities).
Phase contrast imaging data processing includes a phase recovery process to extract phase information from absorption information. In a preferred embodiment, the data algorithm used is adapted to separate and extract this information based on a single propagation distance (single detector measurement position). In another embodiment of the invention, an algorithm using several acquisition distances is used.
（位相変調構造による位相コントラストイメージング）
本発明の別の実施形態では、位相差イメージングは、構造化された物体によって生成された画像を、ビームに配置されたときにサンプルの相互作用がある場合とない場合で比較することで、第２Ｘ線ビームの波面変調とサンプルの位相マップを生成するように適合された繰り返し構造を持つ構造化された物体によって作成された位相画像を生成することによって行うことができる。構造化された物体は、吸収構造の周期的な配列で作られたハルトマンマスクなどの吸収構造、または位相格子である可能性がある。
(Phase contrast imaging using phase modulation structure)
In another embodiment of the invention, phase contrast imaging is performed by comparing images produced by a structured object with and without sample interaction when placed in the beam. 2 by generating a wavefront modulation of the X-ray beam and a phase image created by a structured object with a repeating structure adapted to generate a phase map of the sample. The structured object can be an absorbing structure, such as a Hartmann mask made of a periodic array of absorbing structures, or a phase grating.
ハルトマンマスクの場合、入射ビームは吸収構造によって平行ビームに変調され、サンプルによって生成されたたわみを分析することによってサンプル位相マップが再構築される。この方法の利点の１つは、吸収構造の周期を波長と比較して十分に大きくして、検出器上で直接位相パターンを再構築できるため、サンプルと検出器の間に挿入物体の数を制限できることである。 For a Hartmann mask, the incident beam is modulated into a parallel beam by an absorbing structure, and the sample phase map is reconstructed by analyzing the deflections produced by the sample. One of the advantages of this method is that the period of the absorbing structure can be made large enough compared to the wavelength to reconstruct the phase pattern directly on the detector, reducing the number of objects inserted between the sample and the detector. This is something that can be restricted.
構造化された物体が位相格子である場合、入射Ｘ線ビームは位相変調され、特定の距離（タルボット距離）で干渉縞パターンが作成される。この干渉法は、一般に、単色の高コヒーレンス光源とグレーティングの正確な位置決めを必要とする。実際には、他のグレーティング（吸収）を線源側で使用して線源のコヒーレンスを高めるか、検出器の近くで検出器の分解能を上げる必要がある。 If the structured object is a phase grating, the incident X-ray beam is phase modulated to create a fringe pattern at a specific distance (Talbot distance). This interferometry generally requires a monochromatic, highly coherent light source and precise positioning of the grating. In practice, other gratings (absorbing) need to be used on the source side to increase the coherence of the source or close to the detector to increase the resolution of the detector.
本発明の好ましい実施形態では、Ｘ線位相差イメージング法は、タルボット干渉法の場合のように、遠位検出器の変位経路に限られた数のコンポーネントを実装する必要がある場合に求められる。SAXS測定モードでの操作の場合、このシステムでは、遠位検出器をビーム伝播方向に沿って移動できるため、実装の複雑さが制限された方法が考えられる。
本発明の別の実施形態では、位相差イメージングが、これがビームに配置されたときにサンプル相互作用がある場合とない場合の参照物体によって生成された画像を比較することに基づいて使用され、参照物体は、ランダム構造の物体である。この方法は、一般にスペックルベースの位相差イメージングと呼ばれる。
スペックルベースの位相差イメージングは、光源の非常に高い空間コヒーレンスを必要としないという意味で特に有利であり（１０ミクロンを超える光源を使用できる）、ランダム構造の物体は、タルボットＸ線干渉法で使用される位相格子と比較して製造コストが中程度である。
In a preferred embodiment of the invention, an X-ray phase contrast imaging method is required when a limited number of components need to be implemented in the displacement path of the distal detector, as in the case of Talbot interferometry. For operation in the SAXS measurement mode, this system allows the distal detector to be moved along the beam propagation direction, allowing for a method with limited implementation complexity.
In another embodiment of the invention, phase contrast imaging is used based on comparing images produced by a reference object with and without sample interaction when this is placed in the beam, and the reference The object is a randomly structured object. This method is commonly referred to as speckle-based phase contrast imaging.
Speckle-based phase-contrast imaging is particularly advantageous in the sense that it does not require very high spatial coherence of the light source (light sources larger than 10 microns can be used), and objects with random structures can be used with Talbot X-ray interferometry. The manufacturing cost is moderate compared to phase gratings.
（スペックルベースの位相差イメージング）
本発明のこの実施形態では、第２Ｘ線ビーム送達システムの使用は、物体挿入ユニットに関連して上で説明したように、スペックルベースの位相差イメージングのために、優先的にサンプルホルダの前に、ランダム構造の物体と組み合わされる。
(Speckle-based phase contrast imaging)
In this embodiment of the invention, the use of a second X-ray beam delivery system is preferentially placed in front of the sample holder for speckle-based phase contrast imaging, as described above in connection with the object insertion unit. , combined with objects of random structure.
イメージングの特性評価手順には、通常、伝播された第２Ｘ線ビームと相互作用するためのサンプルが配置されていない状態で長距離に配置された遠位検出器上のランダム構造の物体によって作成されたスペックルパターンを測定するステップと、同じ距離に維持された遠位検出器上のスペックルパターンのサンプル誘発歪み画像を記録するために、サンプルとランダム構造の物体を配置して追加の露光を実行するステップと、が含まれる。サンプルがある場合とない場合のスペックルパターンの相関分析により、サンプルの２次元位相マップをスペックルのサイズに応じた解像度で取得することができる。つまり、ランダム構造の物体の特徴の解像度だけでなく、遠位検出器ピクセルサイズとサンプルまでの距離も取得することができる。ランダム構造の物体は、小さな特徴と高いＸ線強度のコントラストを備えたランダム構造で作られたサンプルであり、例えば、サンドペーパやボール紙にすることができる。このスペックルＸ線イメージングの代替の特性評価シーケンスには、空間分解能を高めるために、スペックルサイズよりも小さい移動ステップでランダム構造の物体の異なる横方向位置でスペックルパターンをスキャンすることが含まれる。 Imaging characterization procedures typically involve randomly structured objects created by a distal detector placed at a long distance with no sample positioned to interact with the propagated second x-ray beam. measuring the speckle pattern and placing the sample and a randomly structured object to record a sample-induced distortion image of the speckle pattern on a distal detector maintained at the same distance and taking additional exposures. It includes steps to perform. By correlation analysis of speckle patterns with and without a sample, a two-dimensional phase map of the sample can be obtained with a resolution corresponding to the size of the speckle. That is, not only the resolution of randomly structured object features, but also the distal detector pixel size and distance to the sample can be obtained. Randomly structured objects are samples made of random structures with small features and high X-ray intensity contrast, and can be, for example, sandpaper or cardboard. This alternative characterization sequence for speckle X-ray imaging involves scanning the speckle pattern at different lateral positions of a randomly structured object with movement steps smaller than the speckle size to increase spatial resolution. It will be done.
Ｘ線スペックルイメージングは、複雑な格子構造を必要とせず、使用する光源の空間コヒーレンスの要件を軽減するため、特に有利な位相差イメージング法である。
ディフューザ、つまりランダム構造の物体に衝突するスペックルベースのイメージングＸ線では、検出器面に投影されるスペックルパターンを作成する。吸収、散乱、または位相シフト特性を持つサンプルがビームに配置されると、スペックル参照パターンのグローバル強度が変化する（吸収コントラストＡ、Ａ＝（１－Ｔ）、Ｔは透過率）、位置（サンプル位相にリンクされた屈折角による変位δ）で、振幅（小角Ｘ線散乱による：サンプルによって散乱された強度がスペックルパターンをぼやけさせ、サンプル透過補正後のコントラストＤの低下を引き起こす）。検出器面でＸ線強度のラインプロファイルを測定することにより、検出器でのスペックル修正パターンの２Ｄ画像からパラメータＴ、δ、Ｄを抽出することができる。したがって、再構成アルゴリズムにより、スペックルベースのイメージングを使用して、吸収コントラスト、位相コントラスト、および暗視野コントラスト（サンプル内の散乱領域による）にそれぞれ対応するいくつかの２ＤＸ線画像を取得することができる。スペックルベースのイメージングでは、位相差画像は、スペックルパターンの水平方向と垂直方向に沿った変位δを分析することによって取得される。これは、通常、複数のピクセルの分析ウィンドウを使用して変位を分析する単一の露出で行うことができる。この分析ウィンドウは、スペックルベースの位相差イメージングの解像度を対応するサイズに制限する。前述のように、代替の分析方法では、ランダム構造の物体の位置が異なる複数の露出を使用して、単一の露出方法と比較して解像度を上げる。
X-ray speckle imaging is a particularly advantageous phase contrast imaging method because it does not require complex grating structures and reduces the spatial coherence requirements of the light sources used.
Speckle-based imaging X-rays impinging on a diffuser, a randomly structured object, create a speckle pattern that is projected onto the detector plane. When a sample with absorbing, scattering, or phase-shifting properties is placed in the beam, the global intensity of the speckle reference pattern changes (absorption contrast A, A = (1 - T), T is the transmittance), position ( displacement due to the refraction angle linked to the sample phase δ), and the amplitude (due to small-angle X-ray scattering: the intensity scattered by the sample blurs the speckle pattern and causes a reduction in the contrast D after sample transmission correction). By measuring the line profile of the X-ray intensity at the detector plane, the parameters T, δ, D can be extracted from the 2D image of the speckle correction pattern at the detector. Therefore, the reconstruction algorithm allows the acquisition of several 2D X-ray images using speckle-based imaging, corresponding respectively to absorption contrast, phase contrast, and dark-field contrast (depending on the scattering region within the sample). . In speckle-based imaging, a phase contrast image is obtained by analyzing the displacement δ of the speckle pattern along the horizontal and vertical directions. This can typically be done in a single exposure using multiple pixel analysis windows to analyze displacement. This analysis window limits the resolution of speckle-based phase contrast imaging to a corresponding size. As previously mentioned, alternative analysis methods use multiple exposures with different locations of randomly structured objects to increase resolution compared to single exposure methods.
（暗視野イメージング）
本発明の好ましい実施形態では、Ｘ線画像化チャネルはまた、暗視野画像化を実行することを可能にする。有利なことに、この画像は、スペックルベースの画像化と同様に、吸収および位相差画像化と一緒に取得することができた。干渉法は、吸収、位相差、暗視野イメージングを提供するため、使用することもできる。この場合、電動挿入装置が本発明による装置に提供されて、位相格子および潜在的に検出器格子を挿入する。１Ｄグレーティングの場合、グレーティング挿入デバイスは、２つの連続した実験を実行し、２Ｄ暗視野画像を得るために、検出器に向かってグレーティングを９０°回転させることを含むことができる。これらの挿入デバイスは、SAXS／WAXS測定の分解能を変更するために検出器の移動が自由になるように、SAXS測定チャネルとの同期を必要とする。
１Ｄグレーティングを使用したＸ線干渉法による暗視野イメージングの代わりに、２Ｄ回折構造を使用して２Ｄイメージを直接実行することもできる。この実施形態では、本発明によるＸ線散乱装置は、サンプルホルダの下流の第２Ｘ線ビームに回折マスクを挿入するように適合されたマスク挿入ユニットを含み、前記回折マスクは、サンプルの相互作用がある場合とない場合の回折マスクによって生成されたパターンを比較することによってサンプルの２Ｄ暗視野画像を生成するために、Ｘ線ビームの変調パターンを生成するように適合されている。例えば、２Ｄ回折マスクは、所定の第１周期で配置された同心吸収リングを含むことができ、吸収構造で作られた吸収リングのそれぞれは、入射してくるビームの変調パターンを生成するように適合された前記第１周期よりも小さい所定の第２周期で配置された追加の同心リングを含む。サンプルを挿入するときに回折マスクによって作成されたＸ線パターンの局所的な可視性の低下を分析することにより、２Ｄ暗視野画像が作成される。Ｘ線パターンの可視性の局所的な低下は、サンプル内部の構造からの小角Ｘ線散乱によって引き起こされる。
(Dark field imaging)
In a preferred embodiment of the invention, the X-ray imaging channel also makes it possible to perform dark field imaging. Advantageously, this image could be acquired together with absorption and phase contrast imaging as well as speckle-based imaging. Interferometry can also be used to provide absorption, phase contrast, and dark field imaging. In this case, a motorized insertion device is provided in the device according to the invention to insert the phase grating and potentially the detector grating. For 1D gratings, the grating insertion device can include rotating the grating 90° toward the detector to perform two consecutive experiments and obtain 2D dark-field images. These insertion devices require synchronization with the SAXS measurement channel to allow free movement of the detector to change the resolution of the SAXS/WAXS measurements.
Instead of dark-field imaging by X-ray interferometry using 1D gratings, 2D imaging can also be performed directly using 2D diffraction structures. In this embodiment, the X-ray scattering device according to the invention comprises a mask insertion unit adapted to insert a diffraction mask into the second X-ray beam downstream of the sample holder, said diffraction mask being arranged such that the interaction of the sample is It is adapted to generate a modulation pattern of the X-ray beam to generate a 2D dark field image of the sample by comparing the pattern generated by the diffraction mask with and without the diffraction mask. For example, a 2D diffraction mask can include concentric absorbing rings arranged in a predetermined first period, each absorbing ring made of absorbing structure such that it produces a modulation pattern of the incoming beam. and an additional concentric ring arranged with a predetermined second period smaller than the adapted first period. A 2D dark field image is created by analyzing the local decrease in visibility of the X-ray pattern created by the diffraction mask when inserting the sample. Local reduction in the visibility of the X-ray pattern is caused by small-angle X-ray scattering from structures inside the sample.
暗視野イメージングを使用する本発明の実施形態は、暗視野での広視野イメージング測定を組み合わせて、散乱領域（等方性または異方性）または散乱が増加した領域を識別し、SAXS測定チャネルを用いてこれらの領域を定量的に分析できるという点で特に有利である。実際、暗視野イメージングは散乱ゾーンを識別するが、そのような散乱信号の角度依存性にはアクセスできないか、異なる実空間相関から散乱信号を識別するために（異なる距離で）追加の測定が必要になる。 Embodiments of the invention that use dark-field imaging combine wide-field imaging measurements in the dark field to identify regions of scattering (isotropic or anisotropic) or regions of increased scattering, and to improve the SAXS measurement channel. It is particularly advantageous in that it can be used to quantitatively analyze these regions. Indeed, dark-field imaging identifies the scattering zone, but the angular dependence of such scattering signals is either not accessible or requires additional measurements (at different distances) to distinguish the scattering signals from different real-space correlations. become.
Ｘ線散乱測定チャネルでは、２ＤＸ線散乱強度画像が検出器で収集され、角度依存性（つまり、波動ベクトル）が方位角平均化によって取得され、散乱信号に寄与する実空間のすべての特徴的な寸法に関する追加の定量的情報が提供される。さらに、暗視野イメージング強度は、大きなサンプルから検出器までの距離でUSAXS測定チャネルまたはSAXS測定チャネルを使用して測定できる最大の特徴的な寸法（サイズがミクロン）からの散乱強度の影響を強く受ける。 In the X-ray scatterometry channel, a 2D X-ray scattering intensity image is collected at the detector, and the angular dependence (i.e., the wavevector) is obtained by azimuthal averaging to capture all characteristic features in real space that contribute to the scattering signal. Additional quantitative information regarding dimensions is provided. Furthermore, dark-field imaging intensity is strongly influenced by the scattered intensity from the largest characteristic dimension (microns in size) that can be measured using USAXS or SAXS measurement channels at large sample-to-detector distances. .
その結果、本発明による方法の好ましい実施形態では、前記Ｘ線画像分析は、吸収、位相差および暗視野画像測定の組み合わせを含み、前記Ｘ線散乱分析は、USAXS測定および／またはSAXS測定および／またはWAXS測定を含む。
好ましくは、位相差イメージングステップは、吸収およびより良い位相コントラストと特徴の定義のためのより広い視野での位相イメージング測定に基づいて、事前に定義されたサンプル位置を中心とした、より短い視野（すなわち、より大きなサンプルから検出器までの距離）を持つ少なくとも１つの測定ステップを含む、異なるサンプルから検出器までの距離でのサンプルの画像の取得を備えている。
Consequently, in a preferred embodiment of the method according to the invention, said X-ray image analysis comprises a combination of absorption, phase contrast and dark-field image measurements, and said X-ray scattering analysis comprises USAXS measurements and/or SAXS measurements and/or or including WAXS measurements.
Preferably, the phase contrast imaging step is based on absorption and phase imaging measurements in a wider field of view for better phase contrast and feature definition, with a shorter field of view ( i.e., the acquisition of images of the sample at different sample-to-detector distances, including at least one measurement step with a larger sample-to-detector distance).
本発明による方法は、暗視野信号に寄与する特徴的な次元に関する定量的情報を取得するため、および／またはより小さな次元で追加の特徴的な次元を識別するために、USAXS測定チャネルまたはSAXS測定チャネルのいずれかを使用して、他の領域と比較して異なる散乱強度で関心領域を定義し、サンプルのさらなるＸ線散乱分析のために関心領域を定義するための同時または追加の暗視野画像取得をさらに含んでいてもよい。 The method according to the invention uses USAXS measurement channels or SAXS measurements to obtain quantitative information about the characteristic dimensions contributing to the dark field signal and/or to identify additional characteristic dimensions in smaller dimensions. Use any of the channels to define regions of interest with different scattering intensities compared to other regions, and simultaneous or additional dark field images to define regions of interest for further X-ray scattering analysis of the sample. It may further include acquisition.
この場合、本発明によるＸ線散乱法は、異なる測定設定で追加の暗視野信号画像を取得して、プローブされる特性寸法が以前のUSAXSおよびSAXS測定から決定された他の特性寸法からの追加の散乱信号寄与をプローブすることを含んでいてもよい。
本発明によるＸ線散乱装置の好ましい実施形態は、添付の図面を参照して以下に説明される。
In this case, the X-ray scattering method according to the present invention acquires additional dark-field signal images with different measurement settings so that the feature dimension probed is an addition from other feature dimensions determined from previous USAXS and SAXS measurements. may include probing the scattered signal contribution of.
Preferred embodiments of the X-ray scattering device according to the invention are described below with reference to the accompanying drawings.
図１（ａ）は、“SAXSチャネル”とも呼ばれるSAXS測定のための構成における本発明によるＸ線散乱装置１０の第１の実施形態の概略上面図を示す。Ｘ線散乱装置１０は、第１Ｘ線ビーム送達システム１２の上流端から遠位Ｘ線検出器１４の下流端まで示されている。装置１０は、サンプルホルダ１６に取り付けられたサンプルを分析するのに役立つ。
図に示されているすべての上面図において、Ｘ線散乱装置１０の上流端は左側にあり、下流端は右側にある。したがって、第１Ｘ線ビームおよび第２Ｘ線ビームの伝播方向Ｙは、左から右である。
FIG. 1(a) shows a schematic top view of a first embodiment of an X-ray scattering device 10 according to the invention in a configuration for SAXS measurements, also referred to as "SAXS channel". X-ray scattering device 10 is shown from the upstream end of first X-ray beam delivery system 12 to the downstream end of distal X-ray detector 14 . The device 10 serves to analyze a sample attached to a sample holder 16.
In all the top views shown in the figures, the upstream end of the X-ray scattering device 10 is on the left and the downstream end is on the right. The propagation direction Y of the first and second X-ray beams is therefore from left to right.
さらに、伝播方向Ｙは、実験室システムでは水平であると想定されている。全ての図において、Ｙに垂直な水平方向をＸ方向と呼び、ＸとＹに垂直な垂直方向をＺ方向と呼ぶ。
第１Ｘ線ビーム送達システム１２は、第１Ｘ線源１８および第１モノクロメータ２０を含む。図１（ａ）の破線で示されるように、第１モノクロメータ２０は、遠位Ｘ線検出器１４がサンプルホルダ１６からＹ方向に最大の距離で配置されている場合に、第１Ｘ線源１８によって生成されたＸ線を収集し、それらを第１Ｘ線ビーム２２として遠位Ｘ線検出器１４上またはその近くの焦点に集束するように選択および設定される。この文脈において、「近い」とは、第１Ｘ線ビーム２２の焦点と遠位Ｘ線検出器１４との間の距離が、焦点および第１モノクロメータ２０間の距離Ｐ２（図１（ａ）の二重矢印によって示される）の約２０％であることを意味する。焦点は、遠位Ｘ線検出器１４の前（すなわち、上流）または後（すなわち、下流）であってもよい。あるいは、第１モノクロメータ２０が本質的に平行なビームを生成してもよい。
Furthermore, the propagation direction Y is assumed to be horizontal in the laboratory system. In all figures, the horizontal direction perpendicular to Y is called the X direction, and the vertical direction perpendicular to X and Y is called the Z direction.
First x-ray beam delivery system 12 includes a first x-ray source 18 and a first monochromator 20. As shown by the dashed line in FIG. 1(a), the first monochromator 20 is connected to the first is selected and configured to collect the x-rays produced by 18 and focus them as a first x-ray beam 22 to a focal point on or near the distal x-ray detector 14 . In this context, "close" means that the distance between the focus of the first X-ray beam 22 and the distal X-ray detector 14 is the distance P2 between the focus and the first monochromator 20 (in FIG. 1(a)). (indicated by the double arrow). The focus may be before (ie, upstream) or after (ie, downstream) the distal x-ray detector 14. Alternatively, first monochromator 20 may produce an essentially parallel beam.
第１Ｘ線源１８は、好ましくは、点焦点源であって、第１モノクロメータ２０は、好ましくは、点焦点モノクロメータである。
ビーム形状は、好ましくは、「散乱のない」または「散乱のない」タイプであるスリットモジュール２４によってさらに定義することができる。図１（ａ）には、２つのそのようなスリットモジュール２４が示されており、第１モジュールは、第１モノクロメータ２０のすぐ下流にあり、第２モジュールは、真空チャンバ２６のすぐ上流にある。この真空チャンバ２６は、電動並進および／または回転ステージ、およびＸ線散乱の分野で知られている他の典型的なサンプルステージデバイスを含み得るサンプルホルダ１６を収容する。
The first X-ray source 18 is preferably a point focus source and the first monochromator 20 is preferably a point focus monochromator.
The beam shape can be further defined by a slit module 24, which is preferably of the "scattering free" or "scattering free" type. Two such slit modules 24 are shown in FIG. 1(a), the first module immediately downstream of the first monochromator 20 and the second module immediately upstream of the vacuum chamber 26. be. This vacuum chamber 26 houses the sample holder 16, which may include a motorized translation and/or rotation stage and other typical sample stage devices known in the field of X-ray scattering.
WAXS実験には、遠位Ｘ線検出器１４は、特に、電動方式で、伝播方向Ｙに沿って真空チャンバ２６に向かって移動することができる。しかしながら、図１（ａ）に示される実施形態では、近位Ｘ線検出器４４は、真空チャンバ２６の内部に配置され、サンプルから散乱または回折されたWAXS信号を検出することを可能にする。
Ｘ線散乱装置１０はさらに、第２Ｘ線源５５１を含み、Ｘ線イメージングのために発散する第２Ｘ線ビームを生成してサンプルホルダ１６に向けるように構成される第２Ｘ線ビーム送達システム５５を備えている。この第２Ｘ線ビーム送達システム５５は、図１（ａ）に示されるSAXS構成では非アクティブであるが、図１（ｂ）に示される「イメージングチャネル」とも呼ばれ、以下に説明されるイメージング構成ではアクティブである。
For WAXS experiments, the distal X-ray detector 14 can be moved, in particular in a motorized manner, along the propagation direction Y towards the vacuum chamber 26. However, in the embodiment shown in FIG. 1(a), the proximal X-ray detector 44 is placed inside the vacuum chamber 26, allowing the WAXS signal scattered or diffracted from the sample to be detected.
The X-ray scattering device 10 further includes a second X-ray beam delivery system 55 that includes a second X-ray source 551 and is configured to generate and direct a diverging second X-ray beam toward the sample holder 16 for X-ray imaging. We are prepared. This second X-ray beam delivery system 55 is inactive in the SAXS configuration shown in FIG. 1(a), but is also referred to as the "imaging channel" shown in FIG. It's active.
第２Ｘ線ビーム送達システム５５は、遠位Ｘ線検出器１４に向かって伝播する円錐形のビーム５８を生成するように構成される。この円錐形のビーム５８は、図１（ｂ）の破線で示されている。第２Ｘ線源５５１は、優先的に、固体陽極、例えば、クロム、銅、モリブデン、銀、またはタングステンを備えた線源であり、広いエネルギー分布を有する、すなわち、アノード（Ka、Kb、La）の特徴的な蛍光線と制動放射とを含むＸ線ビームを放出する。本発明の好ましい実施形態では、第２Ｘ線ビーム送達システム５５は、このビームがSAXSに使用される第１Ｘ線ビーム２２と比較してはるかに低い単色性を有するという意味で多色ビームを生成する。それでも、Ｘ線ビーム５８のかなりの部分は、アノードの特徴的な蛍光線でできている。第２Ｘ線ビーム送達システム５５はさらに、一次スリットモジュール５６に結合されたシャッタを含み、数ｍｍの範囲のサンプル領域を照明するためのコーンビームを規定する。第２Ｘ線ビーム送達システム５５はまた、フィルタを含んでいてもよい。そして、スリットモジュール５６は、円錐形のビーム５８の寸法を制御するためのスリットの組み合わせであってもよい。ここで、典型的には、数度の範囲の円錐が使用される。第２Ｘ線源５５１は、典型的には、分析される材料に応じて最大５０ｋＶ、あるいは最大７０ｋＶで励起され、焦点サイズが小さい、すなわち５０ミクロン焦点以下、できれば１０ミクロン以下のタングステンまたはモリブデン陽極を備えた線源であってもよい。 Second x-ray beam delivery system 55 is configured to generate a conical beam 58 that propagates toward distal x-ray detector 14 . This conical beam 58 is shown in dashed lines in FIG. 1(b). The second X-ray source 551 is preferentially a source with a solid anode, for example chromium, copper, molybdenum, silver or tungsten, with a wide energy distribution, i.e. anode (Ka, Kb, La) emits an x-ray beam containing characteristic fluorescence and bremsstrahlung radiation. In a preferred embodiment of the invention, the second X-ray beam delivery system 55 produces a polychromatic beam in the sense that this beam has a much lower monochromaticity compared to the first X-ray beam 22 used for SAXS. . Nevertheless, a significant portion of the x-ray beam 58 is made up of the characteristic fluorescent radiation of the anode. The second X-ray beam delivery system 55 further includes a shutter coupled to the primary slit module 56 to define a cone beam for illuminating a sample area in the range of several mm. The second x-ray beam delivery system 55 may also include a filter. The slit module 56 may then be a combination of slits to control the dimensions of the conical beam 58. Here, typically a cone in the range of a few degrees is used. The second X-ray source 551 is typically excited at up to 50 kV or up to 70 kV depending on the material being analyzed and has a tungsten or molybdenum anode with a small focal spot size, i.e. 50 micron focus or less, preferably 10 micron or less. It may be a radiation source equipped with a radiation source.
図１（ａ）および図１（ｂ）に示す実施形態では、第２Ｘ線ビーム送達システム５５は、第１Ｘ線ビーム２２を通過させるようにサンプルホルダ１６の上流の位置に固定的に配置され、第１Ｘ線ビーム２２と本質的に平行に第２Ｘ線ビーム５８を放出する。サンプルホルダ１６は、図１（ａ）および図１（ｂ）のサンプルホルダ１６の隣の二重矢印によって示されるように、第１Ｘ線ビーム２２の伝播方向Ｙに垂直な平面内で、特に電動方式で移動可能である。これにより、サンプルを、図１（ａ）に示されるSAXS構成の第１Ｘ線ビーム２２から、図１（ｂ）に示される画像化構成の第２Ｘ線ビーム５８に移動させることができる。遠位Ｘ線検出器１４は、両方の構成で、すなわち、SAXSおよび画像測定のために使用することができる。Ｘ線検出器１４のサイズに応じて、それは、Ｙ方向に沿った移動可能性に加えて、ＸＺ平面に固定されたままであるか、またはＸ方向および／またはＺ方向に移動してビーム５８を遮断することができる。図１（ａ）および図１（ｂ）に示す実施形態では、検出器はＸＺ平面でかなり大きな寸法を持っている。したがって、ＸＺ平面内で移動する必要なしに、SAXS測定中の第１Ｘ線ビーム２２と画像測定中の第２Ｘ線ビーム５８の両方を受信することができる。 In the embodiment shown in FIGS. 1(a) and 1(b), the second X-ray beam delivery system 55 is fixedly positioned at a position upstream of the sample holder 16 to pass the first X-ray beam 22; A second x-ray beam 58 is emitted essentially parallel to the first x-ray beam 22 . The sample holder 16 is in particular powered in a plane perpendicular to the direction of propagation Y of the first X-ray beam 22, as indicated by the double arrow next to the sample holder 16 in FIGS. 1(a) and 1(b). It is possible to move according to the method. This allows the sample to be moved from the first X-ray beam 22 in the SAXS configuration shown in FIG. 1(a) to the second X-ray beam 58 in the imaging configuration shown in FIG. 1(b). The distal X-ray detector 14 can be used in both configurations, ie for SAXS and image measurements. Depending on the size of the X-ray detector 14, it remains fixed in the XZ plane or moves in the X and/or Z direction to direct the beam 58, in addition to the possibility of movement along the Y direction. Can be blocked. In the embodiment shown in FIGS. 1(a) and 1(b), the detector has fairly large dimensions in the XZ plane. Therefore, it is possible to receive both the first X-ray beam 22 during SAXS measurement and the second X-ray beam 58 during image measurement without having to move in the XZ plane.
本発明のこの実施形態では、第２Ｘ線ビーム送達システム５５は、第１Ｘ線ビーム送達システム１２のメインコリメーション経路と同じ垂直または水平位置にある線源５５１のベリリウム出口窓に加えて、真空フランジに直接取り付けられた（または第２Ｘ線源５５１を隔離するための窓なしで）壁に固定された（または基準板に取り付けられた）真空チャンバ２６の入口に配置される。コンパクトなＸ線源５５１と一次スリットモジュール５６を用いて、第１および第２Ｘ線ビーム伝播軸の間で５０ｍｍから１００ｍｍの範囲の距離を達成することができる。あるいは、Ｘ線源５５１が十分にコンパクトである場合、第２Ｘ線ビーム送達システム５５を真空チャンバ２６の内部に配置することができる。 In this embodiment of the invention, the second X-ray beam delivery system 55 is located at the vacuum flange in addition to the beryllium exit window of the source 551 in the same vertical or horizontal position as the main collimation path of the first X-ray beam delivery system 12. It is located at the entrance of the vacuum chamber 26 which is directly mounted (or without a window to isolate the second X-ray source 551) fixed to the wall (or attached to a reference plate). Using a compact X-ray source 551 and primary slit module 56, a distance in the range of 50 mm to 100 mm can be achieved between the first and second X-ray beam propagation axes. Alternatively, if the x-ray source 551 is sufficiently compact, the second x-ray beam delivery system 55 can be placed inside the vacuum chamber 26.
図１（ａ）および図１（ｂ）に示す実施形態では、第２Ｘ線ビーム送達システム５５は、（－１０°＜０＜＋１０°）内に含まれる傾斜を有する第１Ｘ線ビーム送達システム１２のメイン伝播面に平行な伝播面を有する。通常、遠位Ｘ線検出器１４がSAXSおよびＸ線イメージング用の検出器までの距離が同等に長いイメージングで使用されるように、SAXS測定に使用されるのと同じ位置（SAXSビーム伝播方向Ｙに沿って）のサンプルで測定するように構成される。そうすることにより、Ｘ線イメージングの解像度は検出器のピクセル解像度によって制限されないか、少なくとも制限されなくなり、特性評価チャネルの変更がより簡単かつ迅速になる。あるいは、線源とピクセル検出器の解像度の間の妥協点が検索された場合、Ｘ線イメージングはＸ線ビーム伝播軸Ｙに沿った異なる位置に配置されたサンプルで実行される。 In the embodiment shown in FIGS. 1(a) and 1(b), the second X-ray beam delivery system 55 has an inclination of the first X-ray beam delivery system 12 comprised within (-10°<0<+10°). has a propagation plane parallel to the main propagation plane of Typically, the distal X-ray detector 14 is at the same position (SAXS beam propagation direction Y (along) the sample. By doing so, the resolution of the X-ray imaging is not, or at least no longer limited, by the pixel resolution of the detector, making changing the characterization channel easier and faster. Alternatively, if a compromise between source and pixel detector resolution is sought, X-ray imaging is performed with samples placed at different positions along the X-ray beam propagation axis Y.
第１Ｘ線ビーム２２と第２Ｘ線ビーム５８との間の伝播面の小さな傾斜はまた、大きなサンプルから検出器までの距離を維持しながら、広い視野（すなわち、サンプル領域の測定）を達成できることを保証する。SAXSに使用される遠位検出器１４は、典型的には、５５ｐｍから１７２ｐｍの範囲のピクセルサイズを有する２Ｄハイブリッドピクセル検出器であって、主に、SAXSに適合される、つまり、ノイズが少なく、絶対強度で測定するためのカウント率が高く、効率が高くなる、ように設計されている。通常、サイズは３０ｍｍ×７５ｍｍ（Eiger2R 500Kのように）または７５×７５ｍｍ２（Eiger2R 1M）の範囲、または１５０ｍｍ×１５０ｍｍ（Eiger2R 4M）の大きさにすることができる。最先端のSAXS装置における遠位Ｘ線検出器１４のサイズとは無関係に、検出器１４は、検出器平面内で、すなわち、Ｘおよび／またはＺ方向に沿って電動化されて、所与のサンプルから検出器までの距離で検出面を増加させるか、または検出器アセンブリに使用される各検出器モジュール内の不感帯を除去することができる。検出器のサイズ（FOVdetector＝FOVsample*S2/S1）に一致するサンプルの広い視野（FOV）を維持するには、Ｘ線イメージングビームを少し傾ける必要がある。あるいは、遠位Ｘ線検出器１４がＸＺ平面内で動かされて、検出面および検出器視野（FOV検出器）を増加させるために、Ｘ線画像化の特徴付けとして、いくつかの露光が実行される。 It has been shown that the small tilt of the propagation plane between the first X-ray beam 22 and the second X-ray beam 58 also allows a wide field of view (i.e. measurement of the sample area) to be achieved while maintaining a large sample-to-detector distance. Guarantee. The distal detector 14 used for SAXS is typically a 2D hybrid pixel detector with pixel sizes ranging from 55 pm to 172 pm and is primarily adapted for SAXS, i.e. with low noise. It is designed to have a high count rate and high efficiency for measuring absolute intensity. Typically, the size can be in the range of 30 mm x 75 mm (like Eiger2R 500K) or 75 x 75 mm 2 (Eiger2R 1M), or as large as 150 mm x 150 mm (Eiger2R 4M). Regardless of the size of the distal X-ray detector 14 in state-of-the-art SAXS devices, the detector 14 can be motorized in the detector plane, i.e. along the X and/or Z directions, for a given The detection surface can be increased in distance from the sample to the detector or the dead zone within each detector module used in the detector assembly can be eliminated. To maintain a wide field of view (FOV) of the sample matching the detector size (FOVdetector=FOVsample*S2/S1), the X-ray imaging beam needs to be tilted slightly. Alternatively, the distal X-ray detector 14 is moved in the XZ plane to increase the detection surface and detector field of view (FOV detector), and several exposures are performed as a characterization of the X-ray imaging. be done.
本発明のこの実施形態では、遠位Ｘ線検出器１４がＸＺ平面内で電動化される場合、Ｘ線画像取得は、サブピクセル寸法からなる範囲による検出器の位置の変化を伴ういくつかのデータ露光を取得することからなることができる。ピクセル応答関数と入射空間Ｘ線強度分布の畳み込みによって、サブピクセル寸法の合成画像を取得することができる。例えば、検出器を垂直方向と水平方向の両方でピクセル寸法の半分だけ動かすことによって
物理的なピクセル寸法の半分の合成画像を生成することができる可能性がある。
In this embodiment of the invention, when the distal X-ray detector 14 is motorized in the It can consist of acquiring data exposure. By convolving the pixel response function with the incident spatial X-ray intensity distribution, a sub-pixel sized composite image can be obtained. For example, it may be possible to generate a composite image of half the physical pixel size by moving the detector by half the pixel size both vertically and horizontally.
第１Ｘ線ビーム送達システム１２は、通常、サンプルで通常ｍｍ２未満のビームサイズを生成するが、第２Ｘ線ビーム送達システム５５は、数十分の一ミリメートルの大きさのビームサイズを生成することができる。本発明者らは、最先端のSAXSシステムを使用すると、最先端のＸ線イメージングシステムよりも大きいピクセルサイズのＸ線検出器１４を使用しているにもかかわらず、数ミクロンの解像度でＸ線イメージングデータを取得できることを経験した。 The first X-ray beam delivery system 12 typically produces a beam size at the sample, typically less than mm 2 , whereas the second X-ray beam delivery system 55 produces a beam size on the order of a few tenths of a millimeter. I can do it. We have demonstrated that using a state-of-the-art SAXS system, X-ray imaging with a resolution of several microns is possible despite using an X-ray detector 14 with a larger pixel size than state-of-the-art X-ray imaging systems. I experienced the ability to acquire imaging data.
図１（ａ）および図１（ｂ）の第１の実施形態に示されるように、真空チャンバ２６の入口に第２ビーム送達システム５５を配置することにより、サンプル上で高強度を達成することが可能になる。ただし、線源５５が大きすぎる場合は、別の構成を選択することができる。これは、図２に示される第２の実施形態に関連して説明される。
図２に示される第２の実施形態では、本発明によるＸ線散乱装置１０はさらに、第２Ｘ線ビーム送達システム５５をサンプルホルダ１６の上流の位置で第１Ｘ線ビーム２２内に移動させるように構成された挿入モジュール３６を備えている。さらに、第１Ｘ線ビーム送達システム１２の下流の位置からサンプルホルダ１６の上流の位置までビーム経路に沿って延びるメインコリメーションチューブ３８が提供される。ここで、挿入モジュール３６は、第２Ｘ線ビーム送達システム５５またはコリメーションチューブ延長部３４を、メインコリメーションチューブ３８とサンプルホルダ１６との間の位置で、ビーム経路に交互に配置するように構成された電動プラットフォーム３６を備えている。
Achieving high intensity on the sample by placing a second beam delivery system 55 at the entrance of the vacuum chamber 26, as shown in the first embodiment of FIGS. 1(a) and 1(b) becomes possible. However, if source 55 is too large, another configuration can be selected. This will be explained in relation to the second embodiment shown in FIG.
In a second embodiment, shown in FIG. 3. An insertion module 36 configured as shown in FIG. Additionally, a main collimation tube 38 is provided that extends along the beam path from a location downstream of the first x-ray beam delivery system 12 to a location upstream of the sample holder 16. Here, the insertion module 36 is configured to alternately position the second X-ray beam delivery system 55 or collimation tube extension 34 in the beam path at a location between the main collimation tube 38 and the sample holder 16. An electric platform 36 is provided.
そして、SAXS測定の場合、コリメーションチューブ延長部３４がビーム経路に配置され、第１Ｘ線ビーム２２が、サンプルホルダ１６に取り付けられたサンプルに衝突する直接ビームとして機能することを可能にする。しかしながら、イメージング測定の場合には、第２Ｘ線ビーム送達システム５５は、電動プラットフォーム３６によってビーム経路内に配置される。そして、Ｘ線散乱装置１０のコンピュータ制御システムは、第１Ｘ線ビーム送達システム１２のシャッタを作動させて、第２Ｘ線ビーム送達システム５５のシャッタを作動させながら、第２Ｘ線ビーム５８がサンプルを照射するように、第１Ｘ線ビーム２２を遮断することができる。 And for SAXS measurements, a collimation tube extension 34 is placed in the beam path to allow the first X-ray beam 22 to act as a direct beam impinging on the sample mounted on the sample holder 16. However, in the case of imaging measurements, a second X-ray beam delivery system 55 is placed in the beam path by a motorized platform 36. The computer control system of the X-ray scattering device 10 then operates the shutter of the first X-ray beam delivery system 12 and operates the shutter of the second X-ray beam delivery system 55 while causing the second X-ray beam 58 to irradiate the sample. Thus, the first X-ray beam 22 can be blocked.
メインコリメーションチューブ３８の下流端およびコリメーションチューブ延長部３４の上流端には、真空気密接続のためのそれぞれの接続要素が設けられている。これらの接続要素は、真空気密Ｏリングを備えたスライドプレートで構成されている。同じことがコリメーションチューブ延長部３４の下流端にも当てはまり、サンプルホルダ１６が配置されている真空チャンバ２６との真空気密接続を可能にする。接続部品３６２および３６４を備えたこのセットアップは、第１Ｘ線ビーム送達システム１２または第２Ｘ線ビーム送達システム５５がアクティブであるとき、または構成の変更中のいずれかの場合に、コリメーションチューブ延長部３４の内部が、メインコリメーションチューブ３８の内部と同じ真空環境にあることを確実にし、したがって、測定の構成の迅速な変更を確実にする。 The downstream end of the main collimation tube 38 and the upstream end of the collimation tube extension 34 are provided with respective connecting elements for a vacuum-tight connection. These connecting elements consist of sliding plates with vacuum-tight O-rings. The same applies to the downstream end of the collimation tube extension 34, allowing a vacuum-tight connection with the vacuum chamber 26 in which the sample holder 16 is located. This setup with connecting parts 362 and 364 connects the collimation tube extension 34 either when the first X-ray beam delivery system 12 or the second X-ray beam delivery system 55 is active or during a change of configuration. ensures that the interior of the main collimation tube 38 is in the same vacuum environment as the interior of the main collimation tube 38, thus ensuring rapid changes in measurement configuration.
本発明の一実施形態では、接続部品３６２および３６４は、例えば、コリメーションチューブ延長部３４または第２Ｘ線ビーム送達システム５５に取り付けられたスライドプレートで構成され、構成の変更が行われたときを含め、いつでも、スライドシールによって囲まれ、真空がコリメーションチューブ延長部３４の内部および第２ビーム送達システム５５の内部に保たれることを保証する。スライドシールは、平らで滑らかなスライドプレートのカウンターパーツの表面に沿って移動するときに、真空気密接続と低摩擦を確保するように設計されている。コリメーションチューブ延長部３４は、剛性チューブ、あるいはベローズとより剛性の高い部品を組み合わせて、スライディングプレートが動かされたときの測定構成の変更を容易にするより柔軟なシステムであってもよい。 In one embodiment of the invention, the connecting parts 362 and 364 are comprised of, for example, a collimation tube extension 34 or a sliding plate attached to the second X-ray beam delivery system 55, including when a change in configuration is made. , is surrounded by a sliding seal at all times, ensuring that a vacuum is maintained inside the collimation tube extension 34 and inside the second beam delivery system 55. The slide seal is designed to ensure a vacuum-tight connection and low friction as it moves along the flat and smooth surface of the slide plate counter part. The collimation tube extension 34 may be a rigid tube or a more flexible system combining bellows and more rigid components to facilitate changes in the measurement configuration when the sliding plate is moved.
あるいは、コリメーションチューブ延長部３４は、収縮／拡張機構を備えている。そして、コリメーションチューブ延長部３４は、例えば、望遠鏡機構によって格納および拡張することができる。引っ込められた状態において、コリメーションチューブ延長部３４は、コリメーションチューブ延長部３４を保持する電動プラットフォーム３６の移動中に接触する機械的要素との摩擦および接触を低減することにより、メインコリメーションチューブ３８とサンプルホルダ１６との間に容易に挿入することができる。コリメーションチューブ延長部３４がビーム経路の最終位置に達するとすぐに、そして、それは、メインコリメーションチューブ３８および／またはサンプルホルダ１６が配置されている真空チャンバ２６、または真空チャンバ２６の上流に配置された任意の他の光学部品と接触するまで拡張することができる。 Alternatively, collimation tube extension 34 includes a contraction/expansion mechanism. Collimation tube extension 34 can then be retracted and expanded by, for example, a telescoping mechanism. In the retracted state, the collimation tube extension 34 connects the main collimation tube 38 and the sample by reducing friction and contact with mechanical elements that come into contact during movement of the motorized platform 36 holding the collimation tube extension 34. It can be easily inserted between the holder 16 and the holder 16. As soon as the collimation tube extension 34 reaches the final position of the beam path, then it is placed in the vacuum chamber 26, or upstream of the vacuum chamber 26, in which the main collimation tube 38 and/or the sample holder 16 are located. It can be extended to contact any other optical component.
上記の第１および第２の実施形態では、第１Ｘ線ビーム２２および第２Ｘ線ビーム５８の伝播方向は、本質的に平行（１０°未満）である一方、ＳＡＸＳおよびイメージング測定の両方に遠位Ｘ線検出器１４を使用することができる。図３は、第２Ｘ線ビーム５８の伝播方向が、１０°より大きい第１Ｘ線ビーム２２の伝播方向Ｙに対して角度を有する、本発明によるＸ線散乱装置１０の第３の実施形態を示している。２つのＸ線ビーム２２，５８の伝播方向は、サンプル位置で交差する。 In the first and second embodiments described above, the propagation directions of the first X-ray beam 22 and the second X-ray beam 58 are essentially parallel (less than 10°) while distal to both the SAXS and imaging measurements. An X-ray detector 14 can be used. FIG. 3 shows a third embodiment of an X-ray scattering device 10 according to the invention, in which the direction of propagation of the second X-ray beam 58 has an angle with respect to the direction of propagation Y of the first X-ray beam 22 of greater than 10°. ing. The propagation directions of the two X-ray beams 22, 58 intersect at the sample location.
この第３の実施形態では、第２Ｘ線ビーム送達システム５５は、第１Ｘ線ビーム２２を通過させるようにサンプルホルダ１６の上流の位置に配置され、さらに、第１Ｘ線ビーム２２を通過させ、サンプルを透過した第２Ｘ線ビーム送達システム５５からのＸ線を検出するように、サンプルホルダ１６の下流に配置された近位Ｘ線検出器４４を含む。図３に示すように、近位Ｘ線検出器４４は、真空チャンバ２６の内部に配置されている。 In this third embodiment, a second X-ray beam delivery system 55 is positioned upstream of the sample holder 16 to pass the first X-ray beam 22 and further to pass the first X-ray beam 22 through the sample holder 16 . includes a proximal x-ray detector 44 positioned downstream of the sample holder 16 to detect x-rays from the second x-ray beam delivery system 55 transmitted through the sample holder 16 . As shown in FIG. 3, proximal x-ray detector 44 is located within vacuum chamber 26.
図３の破線の矢印で示されているように、サンプルホルダ１６および／または近位Ｘ線検出器４４は、特に、電動方式で、サンプルホルダ１６を通過し、第２Ｘ線ビーム５８の伝播方向に垂直である少なくとも１つの回転軸の周りで回転可能である。特に、近位Ｘ線検出器４４は、好ましくは、エワルド球の一部に配置してＸ線散乱実験の水平方向または垂直方向に散乱信号を収集するために、サンプルを中心とする２つの回転円に沿って電動方式で移動可能である。 As indicated by the dashed arrow in FIG. 3, the sample holder 16 and/or the proximal X-ray detector 44 are moved, in particular in a motorized manner, through the sample holder 16 in the direction of propagation of the second X-ray beam 58. is rotatable about at least one axis of rotation that is perpendicular to . In particular, the proximal X-ray detector 44 is preferably placed on a portion of the Ewald sphere to collect scattering signals in either the horizontal or vertical direction of the X-ray scattering experiment. It can be moved electrically along a circle.
図４は、サンプルを収容する真空チャンバ２６内に追加の物体挿入ユニット５７が設けられている、図２に係る第２の実施形態の変形例を示している。物体挿入ユニット５７は、ランダム構造の物体を取り付け、それを第２Ｘ線ビーム５８に挿入するように適合されている。図４に示す第３の実施形態では、物体挿入ユニット５７は、サンプルホルダ１６の上流に配置されていてもよい。あるいは、サンプルホルダ１６の下流に配置されていてもよい。 FIG. 4 shows a variant of the second embodiment according to FIG. 2, in which an additional object insertion unit 57 is provided in the vacuum chamber 26 containing the sample. The object insertion unit 57 is adapted to mount an object of random structure and insert it into the second X-ray beam 58. In a third embodiment shown in FIG. 4, the object insertion unit 57 may be arranged upstream of the sample holder 16. Alternatively, it may be placed downstream of the sample holder 16.
第２Ｘ線ビーム５８内にランダム構造の物体を配置することにより、上記で詳細に説明したように遠位検出器１４を用いて、吸収、位相差、および暗視野イメージング、例えば、スペックルベースの位相差イメージングも測定することができる。
もちろん、物体挿入ユニット５７はまた、上記の第１および第３の実施形態において提供されてもよい。
By placing objects of random structure within the second X-ray beam 58, absorption, phase contrast, and dark field imaging, e.g., speckle-based position Phase contrast imaging can also be measured.
Of course, an object insertion unit 57 may also be provided in the first and third embodiments described above.
説明されているすべてのモダリティに関するこのＸ線イメージングチャネルには、Ｘ線照射中にサンプルを回転させることによって断層撮影実験を実行する機能も含まれる可能性がある。そうするために、サンプルホルダ１６は、例えば、第２Ｘ線ビーム５８によるＸ線露光中にサンプルを回転させるためのＺ軸の周りの垂直回転ステージを含んでいてもよい。スペックルベースの位相差イメージングの場合には、トモグラフィー実験は、ランダム構造の物体が第２Ｘ線ビーム５８に露光され、サンプルが露光されていない単一の露光、およびサンプルとサンプルの回転中にランダム構造の物体の両方が露光されたトモグラフィシーケンスを含む。 This X-ray imaging channel for all described modalities may also include the ability to perform tomographic experiments by rotating the sample during X-ray exposure. To do so, the sample holder 16 may include, for example, a vertical rotation stage about the Z-axis for rotating the sample during X-ray exposure with the second X-ray beam 58. In the case of speckle-based phase contrast imaging, a tomography experiment consists of a single exposure in which an object with random structures is exposed to the second X-ray beam 58 and the sample is not exposed, and a sample with random structures during rotation of the sample. contains a tomography sequence in which both of the objects are exposed.
図５は、WAXS測定用のサンプルホルダ１６上またはその近くの焦点にさらなるＸ線ビームを集束させるように構成されたさらなるＸ線源３０を含むさらなるＸ線ビーム送達システムを備えた図４に係る第２の実施形態の変形を示す。このさらなるＸ線ビーム送達システムはまた、コリメーションチューブ延長部３４および第２Ｘ線ビーム送達システム５５を保持する電動プラットフォーム３６に取り付けられている。図５は、もちろん省略され得るランダム構造の物体を通してサンプル１７を照射する円錐形の第２Ｘ線ビーム５８による画像測定のためのその構成における本発明に係るＸ線散乱装置１０のこの修正を示す。図５に示される構成から開始して、Ｘ方向に沿った電動プラットフォーム３６の動きは、最初に、Ｘ線散乱装置１０を、第１Ｘ線ビームがメインコリメーションチューブ３８を通って伝播し、コリメーションチューブ延長３４がサンプルに当たるSAXS測定のための構成に置く。次に、電動プラットフォーム３６をＸ方向に沿ってさらに動かすと、Ｘ線散乱装置１０は、さらなるＸ線源３０によって生成されたＸ線ビームを使用するWAXS測定のための構成に置かれる。 FIG. 5 relates to FIG. 4 with a further X-ray beam delivery system comprising a further X-ray source 30 configured to focus a further X-ray beam to a focal point on or near the sample holder 16 for WAXS measurements. A modification of the second embodiment is shown. This further x-ray beam delivery system is also attached to a motorized platform 36 that holds a collimation tube extension 34 and a second x-ray beam delivery system 55. FIG. 5 shows this modification of the X-ray scattering device 10 according to the invention in its configuration for image measurements with a conical second X-ray beam 58 irradiating the sample 17 through objects of random structure, which can of course be omitted. Starting from the configuration shown in FIG. 5, movement of the motorized platform 36 along the Place in configuration for SAXS measurements where extension 34 hits the sample. Further movement of the motorized platform 36 along the X direction then places the X-ray scattering device 10 in a configuration for WAXS measurements using the X-ray beam generated by the further X-ray source 30.
この設定により、第１Ｘ線ビーム送達システム１２によって生成された第１Ｘ線ビーム２２をSAXS測定に使用することができる一方、さらなるＸ線源３０によって得られたさらなるＸ線ビームは、高分解能WAXS測定を含むWAXS測定、または小さなサンプルの露出領域散乱用途に使用される。WAXS測定のためのＸ線散乱装置１０のこのさらなる最適化の詳細は、出願人の欧州特許出願１９２９０１２６．２に記載されており、その内容は、参照により本明細書に組み込まれる。 This setup allows the first X-ray beam 22 generated by the first X-ray beam delivery system 12 to be used for SAXS measurements, while the further X-ray beam obtained by the further X-ray source 30 can be used for high-resolution WAXS measurements. used for WAXS measurements, including small sample exposed area scattering applications. Details of this further optimization of the X-ray scattering device 10 for WAXS measurements are described in the applicant's European patent application 19290126.2, the contents of which are incorporated herein by reference.
本発明のさらなる発展において、第２ビーム送達システム５５は、小さな単色二次光源焦点を作成するために、サンプル位置の近くに配置されたピンホールに結合された大きな収束角単色光学系（すなわち、多層の場合は１°、または二重に湾曲した結晶の場合は数度）を含むことができる。これは、異なるピンホールサイズで磁束／分解能比を変更するという利点を提供する。 In a further development of the invention, the second beam delivery system 55 includes a large converging angle monochromatic optical system (i.e. 1° for multilayers, or several degrees for doubly curved crystals). This offers the advantage of changing the flux/resolution ratio with different pinhole sizes.
第１Ｘ線源で使用されるＸ線発生器１８、第２Ｘ線源５５およびさらなるＸ線源３０は、密封チューブＸ線源、好ましくはマイクロフォーカス密封チューブ線源、または、好ましくは点焦点を備えた回転陽極、または液体ジェット陽極を含んでいてもよい。
説明およびクレーム全体で使用される「焦点」は、必ずしも点状である必要はない。また、それぞれのサンプルと目的のＸ線散乱分析に応じて、線状にすることも、一般に、２Ｄまたは３Ｄ形状にすることもできる。
The X-ray generator 18, the second X-ray source 55 and the further X-ray source 30 used in the first X-ray source comprise a sealed tube X-ray source, preferably a microfocus sealed tube source, or preferably a point focus. may include a rotating anode, or a liquid jet anode.
A "focal point" as used throughout the description and claims does not necessarily have to be point-like. It can also be linear or generally 2D or 3D shaped, depending on the respective sample and the desired X-ray scattering analysis.
Claims (17)
第１Ｘ線源（１８）と第１モノクロメータ（２０）を含み前記サンプルホルダ（１６）に向かう伝播方向（Ｙ）のビーム経路に沿って第１Ｘ線ビーム（２２）を生成および方向付けるために、前記サンプルホルダ（１６）の上流に配置された第１Ｘ線ビーム送達システム（１２）と、
前記サンプルホルダ（１６）の下流に配置され、第１Ｘ線ビーム（２２）と前記サンプル（１７）から異なる散乱角で散乱されたＸ線とを検出するように、伝播方向（Ｙ）に沿って移動可能な遠位Ｘ線検出器（１４）と、
を備え、
前記第１Ｘ線ビーム送達システム（１２）は、前記第１Ｘ線ビーム（２２）が前記遠位Ｘ線検出器（１４）からの最大距離に配置された際に前記遠位Ｘ線検出器（１４）上またはその近くの焦点に集束させる、または平行ビームを生成するとともに、
第２Ｘ線源（５５１）を含み、Ｘ線イメージングのために発散する第２Ｘ線ビーム（５８）を生成して前記サンプルホルダ（１６）に向ける第２Ｘ線ビーム送達システム（５５）をさらに備えた、
Ｘ線散乱装置（１０）。 a sample holder (16) for aligning and/or orienting a sample (17) to be analyzed by X-ray scattering;
for generating and directing a first X-ray beam (22) along a beam path in the direction of propagation (Y) towards said sample holder (16) including a first X-ray source (18) and a first monochromator (20); , a first X-ray beam delivery system (12) located upstream of the sample holder (16);
arranged downstream of said sample holder (16) and along the propagation direction (Y) so as to detect a first X-ray beam (22) and X-rays scattered at different scattering angles from said sample (17 ) . a movable distal X-ray detector (14);
Equipped with
The first x-ray beam delivery system (12) is configured to deliver the distal x-ray detector (14) when the first x-ray beam (22) is placed at a maximum distance from the distal x-ray detector (14) ) to focus on or near a focal point, or to produce a parallel beam;
further comprising a second X-ray beam delivery system (55) that includes a second X-ray source (551) and generates and directs a diverging second X-ray beam (58) toward said sample holder (16) for X-ray imaging. ,
X-ray scattering device (10).
請求項１に記載のＸ線散乱装置（１０）。 The second X-ray beam (58) has a propagation direction having an angle of 10° or less with respect to the propagation direction (Y) of the first X-ray beam (22).
An X-ray scattering device (10) according to claim 1.
請求項１または２に記載のＸ線散乱装置（１０）。 the second X-ray beam (58) is parallel to the first X-ray beam (22);
An X-ray scattering device (10) according to claim 1 or 2.
請求項２または３に記載のＸ線散乱装置（１０）。 The second X-ray beam delivery system (55) is fixedly arranged at a position upstream of the sample holder (16) so as to pass the first X-ray beam (22).
An X-ray scattering device (10) according to claim 2 or 3.
請求項１から４のいずれか１項に記載のＸ線散乱装置（１０）。 the sample holder (16) is movable in a plane perpendicular to the propagation direction (Y) of the first X-ray beam (22);
An X-ray scattering device (10) according to any one of claims 1 to 4.
請求項２または３に記載のＸ線散乱装置（１０）。 further comprising an insertion module (36) for moving the second X-ray beam delivery system (55) to the first X-ray beam (22) at a position upstream of the sample holder (16);
An X-ray scattering device (10) according to claim 2 or 3.
前記挿入モジュール（３６）は、前記第２Ｘ線ビーム送達システム（５５）またはコリメーションチューブ延長部（３４）を、前記メインコリメーションチューブ（３８）および前記サンプルホルダ（１６）との間の位置において、前記ビーム経路に交互に配置する電動プラットフォーム（３６）を、有している、
請求項６に記載のＸ線散乱装置（１０）。 further comprising a main collimation tube (38) extending along the beam path from a location downstream of the first x-ray beam delivery system (12) to a location upstream of the sample holder (16);
The insertion module (36) inserts the second X-ray beam delivery system (55) or the collimation tube extension (34) into the comprising motorized platforms (36) arranged alternately in the beam path;
The X-ray scattering device (10) according to claim 6.
請求項７に記載のＸ線散乱装置（１０）。 The downstream end of the main collimation tube (38) and the upstream end of the collimation tube extension (34) are provided with respective connecting elements for a vacuum-tight connection;
The X-ray scattering device (10) according to claim 7.
請求項１に記載のＸ線散乱装置（１０）。 the second X-ray beam (58) has a propagation direction that has an angle of more than 10° with respect to the propagation direction (Y) of the first X-ray beam (22);
An X-ray scattering device (10) according to claim 1.
前記第１Ｘ線ビーム（２２）を通過させ、前記第２Ｘ線ビーム送達システム（５５）からの前記サンプル（１７）を介して送信されるＸ線を検出するように、前記サンプルホルダ（１６）の下流に配置された近位Ｘ線検出器（４４）をさらに備えた、
請求項１から９のいずれか１項に記載のＸ線散乱装置（１０）。 the second X-ray beam delivery system (55) is positioned upstream of the sample holder (16) to pass the first X-ray beam (22);
of the sample holder (16) for passing the first x-ray beam (22) and detecting x-rays transmitted through the sample (17) from the second x-ray beam delivery system (55). further comprising a proximal X-ray detector (44) located downstream;
An X-ray scattering device (10) according to any one of claims 1 to 9.
請求項１０に記載のＸ線散乱装置（１０）。 The sample holder (16) and/or the proximal X-ray detector (44) are rotatable about at least one axis of rotation passing through the sample holder (16), the second X-ray beam perpendicular to the propagation direction of (58),
The X-ray scattering device (10) according to claim 10.
請求項１から１１のいずれか１項に記載のＸ線散乱装置（１０）。 Objects of random structure may be exposed to said second X-rays upstream or downstream of said sample holder (16) such that an X-ray phase contrast and/or further comprising an object insertion unit (57) adapted to insert into the beam;
An X-ray scattering device (10) according to any one of claims 1 to 11.
請求項１から１２のいずれか１項に記載のＸ線散乱装置（１０）。 the second further comprising an object insertion unit adapted to insert into the second X-ray beam the structured object having a repeating structure adapted to generate a wavefront modulation of the beam;
An X-ray scattering device (10) according to any one of claims 1 to 12.
前記回折マスクは、サンプル相互作用がある場合とない場合の回折マスクによって生成されたパターンを比較することによって、サンプルの２Ｄ暗視野画像を生成するために、前記ビームに配置された場合に、前記第２Ｘ線ビームの変調パターンを生成するように適合されている、
請求項１から１３のいずれか１項に記載のＸ線散乱装置（１０）。 further comprising a mask insertion unit adapted to insert a diffraction mask into the second X-ray beam upstream or downstream of the sample holder (16);
The diffraction mask, when placed in the beam, generates a 2D dark field image of the sample by comparing the patterns produced by the diffraction mask with and without sample interaction. adapted to generate a modulation pattern of the second x-ray beam;
An X-ray scattering device (10) according to any one of claims 1 to 13.
請求項１から１４のいずれか１項に記載のＸ線散乱装置（１０）。 a computer control controlling the x-ray scattering device (10) to perform measurements using the first x-ray beam delivery system (12) and the second x-ray beam delivery system (55) one after another or simultaneously; The system is further equipped with
An X-ray scattering device (10) according to any one of claims 1 to 14.
前記第２Ｘ線ビーム（５８）を使用して、前記サンプルホルダ（１６）に取り付けられたサンプルのＸ線画像分析を実行し、
前記Ｘ線画像分析の結果に基づいて、サンプル内またはサンプル上に関心領域を定義し、
前記第１Ｘ線ビーム（２２）を使用して、前記関心領域のＸ線散乱分析を実行する、
ステップを含むＸ線散乱方法。 Using the X-ray scattering device (10) according to any one of claims 1 to 15,
performing an X-ray image analysis of the sample mounted on the sample holder (16) using the second X-ray beam (58);
defining a region of interest within or on the sample based on the results of the X-ray image analysis;
performing an X-ray scattering analysis of the region of interest using the first X-ray beam (22);
An X-ray scattering method comprising steps.
請求項１６に記載のＸ線散乱方法。 The X-ray image analysis includes a combination of absorption, phase contrast and dark field image measurements, and the X-ray scattering analysis includes USAXS measurements and/or SAXS measurements and/or WAXS measurements.
The X-ray scattering method according to claim 16.
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| GB0500536D0 (en) * | 2005-01-12 | 2005-02-16 | Koninkl Philips Electronics Nv | Coherent scatter computer tomography material identification |
| US9778213B2 (en) * | 2013-08-19 | 2017-10-03 | Kla-Tencor Corporation | Metrology tool with combined XRF and SAXS capabilities |
| FR3023001A1 (en) * | 2014-06-30 | 2016-01-01 | Commissariat Energie Atomique | METHOD FOR ANALYZING A TWO-STAGE OBJECT USING TRANSMITTED RADIATION THEN A DIFFUSION SPECTRUM |
| GB201421837D0 (en) * | 2014-12-09 | 2015-01-21 | Reishig Peter | A method of generating a fingerprint for a gemstone using X-ray imaging |
| DE102015226101A1 (en) * | 2015-12-18 | 2017-06-22 | Bruker Axs Gmbh | X-ray optics assembly with switching system for three beam paths and associated X-ray diffractometer |
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