X射线源的机械对准

技术领域

本文披露的本发明总体上涉及一种电子冲击X射线源，其中电子束与靶标相互作用以生成X射线辐射。具体地，本发明涉及用于改善电子束与靶标的对准的技术和设备。

背景技术

X射线辐射可以通过将电子束引导到靶标上来生成。在这样的系统中，利用包括高压阴极的电子源来在真空腔室内部产生在靶标位置撞击在靶标上的电子束。由电子束与靶标之间的相互作用生成的X射线辐射可以通过将真空腔室与周围大气隔开的X射线窗口离开真空腔室。

已知电子束与靶标之间的相对取向是影响X射线源性能的重要因素。不良或错误的对准可能会导致生成的X射线辐射的功率和质量降低；并且可能潜在地使整个系统不可操作。

电子束与靶标的相对对准可能会因维护和更换系统部件或由于磨损而变差。因此，操作者或服务工程师不得不处理与X射线源维护相关的麻烦且耗时的对准和调节，从而导致系统长时间停机。

因此，需要减少X射线源停机时间的改进的技术。

发明内容

本发明的目的是提供一种解决上述缺点中的至少一些的X射线技术。特定的目的是提供一种允许电子束和/或靶标的方便对准的X射线源和方法。

电子束与靶标的相对位置或方向可以称为对准。为了使电子束在预期的靶标位置击中靶标，并且为了使生成的X射线辐射被引导朝向期望的位置，需要正确的对准。然而，例如由于X射线源的机械部件的维护、磨损或更换，电子束和/或靶标的对准可能随着时间而变差。

根据本发明的第一方面，提供了一种X射线源，该X射线源被配置为在电子束与靶标之间相互作用时发射X射线辐射，其中，该X射线源包括电子源，该电子源具有被配置为发射电子的阴极和被配置为使所发射的电子加速以形成电子束的阳极电极。进一步地，该X射线源包括：调节装置，该调节装置被配置为调节该电子源的该阳极电极与该阴极之间的相对取向；聚焦装置，该聚焦装置被配置为根据聚焦设置将该电子束聚焦在该靶标上；束取向传感器，该束取向传感器被布置为生成指示该电子束相对于传感器区域的取向的信号；以及控制器，该控制器可操作地连接到该聚焦装置、该束取向传感器和该调节装置。该控制器被配置为使该调节装置调节该阳极电极与该阴极之间的相对取向，使得当改变该聚焦设置时，从该传感器接收的信号在预定区间内改变。

根据第二方面，提供了一种用于对准X射线源的方法，其中电子从阴极发射并且借助于阳极电极加速以形成电子束。通过将至少两个聚焦设置应用于聚焦线圈来聚焦该电子束。进一步地，生成指示针对该至少两个聚焦设置的该电子束相对于传感器区域的取向的信号，并且调节该阳极电极与该阴极之间的相对取向，使得针对该至少两个聚焦设置的所生成的信号之间的差在预定区间内。

由于电子被阳极电极与阴极之间的场加速，因此可以理解，阳极电极与阴极的相对取向可以用来影响所生成的电子束离开电子源的方向。因此，通过相对于阴极移动阳极电极，或者反之亦然，该调节装置允许相应地调节电子束的对准。

该束取向传感器可以用于确定该调节装置对电子束的作用或影响。换句话说，该束取向传感器可以用于直接或间接测量电子束相对于期望或理想方向或位置的位置或方向。优选地，可以参考靶标的位置或打算在其中发生电子束与靶标之间的相互作用的空间点来研究电子束的取向。该传感器的输出可以用作用于控制X射线源的其他部件(比如该调节装置)的输入，并且因此形成对准的闭环或反馈控制的一部分。该束取向传感器可以例如通过测量实际电子束的电子光学装置、接收束的电子的电子检测器或传感器、或者用于观察冲击靶标时生成的X射线或电子的装置来实现。然而，将结合本发明的不同实施例来讨论进一步的示例和实施方式。

根据第三方面，提供了一种X射线源，该X射线源包括：电子源，该电子源适于提供被引导朝向靶标的电子束，使得该电子束与该靶标相互作用以生成X射线辐射；靶标取向传感器，该靶标取向传感器被配置为生成指示该靶标相对于该电子束的取向的信号；以及靶标调节装置，该靶标调节装置被配置为调节该靶标相对于该电子束的取向。进一步地，提供了控制器，该控制器可操作地连接到该靶标取向传感器和该靶标调节装置并且被配置为使该靶标调节装置基于从该靶标取向传感器接收的信号来调节该靶标的取向。

根据第四方面，提供了一种用于对准X射线源的方法。该方法包括：提供被引导朝向靶标的电子束，使得该电子束与该靶标相互作用以生成X射线辐射；生成指示该靶标相对于该电子束的取向的信号；以及基于所生成的信号来调节该靶标的取向。

X射线源的靶标可以是固体靶标，比如旋转或静止的靶标。靶标也可以由穿过相互作用区域传播的液体射流(比如液态金属射流)形成，在该相互作用区域中，电子束可以冲击在靶标上。

通过使用靶标取向传感器，可以确定靶标相对于电子束(或者相对于打算在其中发生靶标与电子束之间的相互作用的空间点)的位置。这允许调节靶标的取向，并且可能调节电子束的取向，以便实现期望的或改进的对准。如从电子束的下游方向所看到的，靶标取向传感器可以例如由布置在靶标后面的电子传感器形成。可替代地，可以通过观察由电子束与靶标之间的相互作用生成的反向散射电子或X射线辐射来确定相对于已知电子束位置的靶标位置。例如，不良或不正确的对准可能表现为相对低的X射线辐射和反向散射电子的生成。因此，靶标取向传感器可以例如监测靶标下游的电子束的强度、从靶标散射的电子的强度、或者由电子束与靶标之间的相互作用生成的X射线辐射的强度。靶标优选为液体射流靶标。

靶标的取向可以通过靶标调节装置来调节或控制，该靶标调节装置可以用于将靶标移动到不同的位置、改变靶标的取向、或者以其他方式改变与电子束的预期相互作用点的位置。该靶标调节装置可以以闭环或反馈控制的方式响应于来自靶标取向传感器的输入而操作以促进和改善X射线源的调节和对准。

发明人已经认识到，通过使用控制器来分析来自传感器的指示电子束与靶标之间的空间关系或者靶标的预期位置的输入并且使调节装置基于该传感器输入来调节该空间关系，可以促进X射线源的对准过程。该控制器允许减少或甚至消除对准X射线源原本所需的手动步骤。因此，现在可以以自动化和更快的方式执行先前被认为是工作密集且耗时的对准过程，从而减少了系统的停机时间。与使用手动调节相比，这还允许更频繁地执行对准调节。

“对准”是指电子束或靶标相对于参考的取向。该参考例如可以是空间中的预期位置、X射线源的参考点或结构、或者电子光学系统的光轴。可替代地或附加地，电子束的对准可以涉及其相对于靶标的位置或取向，而靶标的对准可以涉及相对于电子束或电子斑点的位置或取向。

术语“取向”可以理解为某物的相对位置或方向，而“位置”可以理解为某物的位置或地方并且“方向”可以理解为某物移动的路线。因此，电子束的取向可以指其在X射线源的真空腔室内的传播方向和/或实际位置。因此，调节电子束的取向可以导致相互作用区域(即，电子束撞击(或打算撞击)在靶标上的点或区域)的位置的改变。因此，靶标的取向可以指其移动的路线和/或在X射线源内的实际位置。因此，改变靶标的取向可以导致相互作用区域的对应改变。因此，可以通过调节靶标、电子束或两者的取向来实现对靶标与电子束之间的取向的调节。

根据实施例，该X射线源可以包括被配置为调节电子束的取向的电子光学装置。该电子光学装置可以进一步用于提供指示电子束的取向的信号。该进一步的信号可以由该控制器接收，该控制器可以被配置为使该调节装置基于该进一步的信号来调节阳极电极与阴极之间的相对取向。因此，该电子光学装置可以用于生成反馈回路的输入以调节电子束的对准。

该电子光学装置可以包括被配置为生成影响电子束的传播路径的场的一个或多个对准线圈和/或偏转器，包括例如偏转板。在这种情况下，该进一步的信号可以指示该场的强度，并且因此指示穿过该电子光学系统的电子束的取向。相对高的场可能意味着对准线圈对电子束的取向具有相对高的影响，而相对低的场可能意味着对电子束的相对低的影响。

因此，该电子光学装置可以用作生成该控制器可以用来改善对准过程的输入的附加传感器。在一个示例中，可以通过该调节装置实现粗略对准，随后利用该电子光学装置进行微调，使得电子束可以在预期的靶标位置处与靶标相互作用。然后可以将指示电子束的取向(或由该电子光学装置引起的调节程度)的进一步的信号用作该调节装置的进一步调节的输入，目的是通过该调节装置实现尽可能正确的对准。换句话说，该进一步的信号可以用作控制回路中的输入以减少来自该电子光学装置的作用或贡献。在该进一步的信号指示由该对准线圈生成的场的情况下，该控制器可以用于使该调节装置调节阳极与阴极之间的相对取向，从而减小或最小化该对准线圈所需的场。

本发明实施例的优点在于，其允许在使用由该电子光学装置施加的相对低的场的同时对准X射线源。减小场是有利的，因为其可以使由该电子光学装置引起的像散减小。

在实施例中，可以调节对准，使得当改变电子束焦点时电子束不移动。这对应于电子束沿着光轴行进通过聚焦透镜的中心的对准。

根据一些实施例，阴极可以附接到可移动的凸缘，从而允许借助于该调节装置来改变阳极电极与阴极之间的相对取向。该调节装置可以例如以对该凸缘进行操作的致动器或马达的形式提供，该凸缘又可以可枢转地连接到球形接头以允许该凸缘在不同方向上移动。该凸缘可以被布置为允许从外部(即，从阴极可以位于其中的腔室或受保护环境的外部)改变阴极的取向或倾斜角。该凸缘因此可以突出到腔室的外部以允许调节阳极电极与阴极之间的相对取向，而无需直接接触阴极。这可以促进调节并减少系统的停机时间。

该凸缘可以例如可操作地连接到两个或更多个致动器，这些致动器被布置为调节该凸缘相对于电子束的方向的角度位置。如上所述，这些致动器或马达又可以由该控制器操作或控制。进一步地，可以在移动部件(凸缘)与固定部件(腔室、阳极电极)之间提供波纹管以确保腔室的真空完整性或密封性。

可替代地或附加地，阳极电极可以相对于阴极移动以便能够调节电子束的取向。这可以例如借助于可操作地连接到阳极电极并且可以由该控制器操作的机电致动器来实现。

应当理解，阴极和/或阳极电极可以以旋转方式和平移方式两者进行调节或移动。

根据实施例，靶标可以以液体射流的形式提供，特别是液态金属射流。因此，X射线源可以包括靶标生成器，该靶标生成器被配置为生成穿过靶标材料可以与电子束相互作用的相互作用区域的形成靶标的金属射流。在本申请的上下文中，术语“液体靶标(liquidtarget)”或“液体阳极(liquid anode)”可以是指被迫通过例如喷嘴并传播通过腔室或壳体内部的液体射流、液体流或液流。液体靶标的替代性实施例可以包括多个喷嘴、固定或旋转的液体池、在固体表面上流动的液体或由固体表面限制的液体。

根据本实施例，如从电子束的方向所看到的，该束取向传感器可以布置在靶标的后面，并且使得靶标可以至少部分地遮挡该传感器。这种配置允许例如通过将电子束扫描进出靶标并观察在该传感器处接收到的结果信号来确定电子束相对于靶标的位置。可替代地或附加地，可以通过将电子束扫描进出传感器区域来确定电子束相对于传感器的位置。可以以类似的方式来确定靶标的位置，即，通过在靶标上扫描电子束并在该传感器处观察结果信号来确定靶标的位置。因此，该传感器也可以用作靶标取向传感器。

根据实施例，该束取向传感器和/或该靶标取向传感器可以被配置为监测指示X射线源的性能的质量度量。该质量度量可以例如指示靶标的物理属性，比如宽度、形状或温度，其继而可以影响X射线源的整体性能和生成的X射线辐射。偏离的质量度量或靶标的不良表现可以导致调节靶标的取向或更换靶标的纠正措施。

根据实施例，该束取向传感器和/或该靶标取向传感器可以被配置为监测靶标与电子束之间的相互作用。该(多个)传感器可以例如直接或间接测量由相互作用生成的X射线辐射的量、从靶标散射的、传输穿过靶标的、绕过靶标的电子的数量、或者由电子束生成的二次电子的数量。所有这些参数都可以用来确定或指示电子束与靶标之间的相互作用、以及X射线源在产生期望的X射线辐射的能力方面的性能。当调节电子束和/或靶标的对准时，来自该(多个)传感器的信号可以用作该控制器的输入。

根据实施例，该X射线源可以包括靶标生成器。由这种生成器提供的靶标的示例包括金属射流、行进带和行进线。这些类型的靶标的优点在于，其允许以连续的方式在相互作用区域提供新的靶标材料，从而促进温度控制并实现靶标的高质量。

根据实施例，该靶标调节装置可以被配置为调节该靶标生成器的喷嘴的取向。这允许例如结合X射线源的维护或喷嘴的更换来调节液态金属射流的取向。该调节可以例如借助于致动器来实现，该致动器被布置为对喷嘴进行操作以改变其位置或方向。可以基于喷嘴相对于电子束的相对位置或指示靶标与例如电子束之间的相互作用的信号来调节喷嘴。然而，该信号也可以指示其他相互作用，比如靶标与传感器装置(比如被布置为与靶标相互作用的电磁线圈或检测靶标的位置的光电二极管)之间的相互作用。在一个示例中，可以利用成像设备来获取靶标的图像。然后可以确定靶标的取向并将其与另一图像(比如由另一喷嘴生成的靶标的存储参考图像)中的先前的取向或参考位置进行比较。这些图像可以通过在靶标上重复扫描电子束并测量在电子束方向上位于靶标下游的传感器区域处接收的电流或者通过拍摄靶标的图片来获取。

可替代地，可以通过测量靶标下游的电子束的强度来确定靶标的取向。然后，可以例如基于指示靶标下游的电子束的强度的传感器信号来获得指示靶标的取向的信号。如果电子束没有被靶标遮挡，则将在下游测量最大强度，并且当电子束被靶标遮挡最大时，将测量最小强度。电子束被靶标遮挡的程度(如根据靶标下游的电子束的强度测量的)将因此指示电子束与靶标之间的相对位置。如果电子束的取向是已知的，则靶标的取向因此可以基于指示靶标下游的电子束的强度的传感器信号来找到。优选地，当在靶标上扫描电子束时获取这种传感器信号。

根据实施例，可能需要在X射线源与外部X射线光学器件(例如，反射镜)和/或样本位置之间对准。这可以通过相对于该X射线光学器件和/或该样本位置移动X射线源来实现。对于液体射流源的特定情况，这可能被限制在沿电子束方向的移动。可以通过利用电子光学器件移动电子束来实现沿射流方向的调节。由于该X射线光学器件的焦深相对较大，因此通常不需要垂直于电子束和射流方向的调节。在典型的设置中，反射镜从最佳位置移动几毫米可能会导致性能下降几个百分点。考虑到喷嘴更换可能会引起大约0.2mm的位置偏移，因此在许多情况下都不需要在这个方向上进行调节。

本文披露的技术可以体现为用于以使X射线源执行上述方法的方式控制可编程计算机的计算机可读指令。这样的指令可以以包括存储有指令的非易失性计算机可读介质的计算机程序产品的形式分布。

应当理解，根据一些方面的方法的上述实施例中的特征中的任何特征都可以与根据其他方面的设备组合。

当研究以下详细披露内容、附图和所附权利要求时，本发明的进一步的目的、特征和优点将变得清楚。本领域技术人员将认识到，可以组合本发明的不同特征以创建除了下文描述的实施例之外的实施例。

附图说明

出于举例说明的目的，现在将参考附图来描述本发明，在附图中：

图1是呈透视图形式的X射线源的示意性图示；

图2是X射线源的示意性截面图；

图3a是X射线源的电子源的截面图；

图3b是图3a的电子源的凸缘的侧视图；

图4a和图4b展示了电子束相对于靶标的对准过程；

图5展示了X射线源的靶标生成器；以及

图6和图7是根据本发明的用于对准X射线源的方法的流程图。

所有附图都是示意性的、不一定按比例绘制、并且通常仅示出为了阐明本发明所必需的部分，其中其他部分可以被省略或仅仅是建议。

具体实施方式

现在将参考图1描述根据本发明实施例的X射线源100。如图1中所指示的，低压腔室或真空腔室104可以由外壳102以及将低压腔室104与周围大气隔开的X射线透明窗口106限定。X射线源100可以包括靶标生成器，比如液体射流生成器160，其被配置为形成沿着穿过相互作用区域或靶标位置I的流动轴线移动的液体射流162。液体射流生成器160可以包括喷嘴，通过该喷嘴可以喷射比如液态金属等液体以形成朝向并穿过相互作用区域I传播的液体射流162。液体射流162穿过相互作用区域I、朝向相对于流动方向布置在液体射流生成器160下方的收集装置163传播。

X射线源100进一步包括电子源110，该电子源被配置为提供被引导朝向相互作用区域I的电子束e。电子源110可以包括用于生成电子束e的阴极和阳极电极(图1中未示出)。在相互作用区域I中，电子束e与液体射流162相互作用以生成X射线辐射，该X射线辐射经由X射线透明窗口106被从X射线源100发射出。在此，X射线辐射在基本垂直于电子束e的方向的方向上被从X射线源100发射出。

形成液体射流的液体由收集装置163收集，并且随后由泵经由再循环路径164再循环至液体射流生成器160，在该液体射流生成器中，可以重复使用该液体以不断生成液体射流162。

在此，传感器装置，比如束取向传感器130，被示为X射线源100的一部分。束取向传感器130可以被配置为监测电子束e与靶标162的相对位置或取向和/或指示X射线源的性能的质量度量。传感器130可以被布置为接收通过液体射流162的电子束e的至少一部分。因此，如从电子源110的视角所看到的，该传感器因此可以是布置在相互作用区域I后面的电子检测器。在液体射流162移动或改变形状的情况下，电子束e的至少一部分可以通过液体射流162并且与电子检测器130相互作用。因此，电子检测器130可以监测指示靶标162与电子束e的相对取向或对准的质量度量。

在此，控制器或处理单元140也被示为X射线源100的一部分。控制器140可以被布置在低压腔室104的内部或外部，并且本领域技术人员应当理解，在所附权利要求的范围内，处理单元140的其他可能的布置是可能的。因此，控制器140和X射线源100可以在单个物理或逻辑实体中实施，或者作为分布式网络的通信部分来实施。

图2是根据实施例的X射线源100的示意图。本X射线源100可以具有与结合图1描述的X射线源100类似的配置。

如图所示，X射线源100可以包括电子源110，该电子源包括阴极112和阳极电极114。阴极112可以是热阴极112，其被加热以通过热离子发射产生电子流。阴极112的进一步示例包括热离子阴极和热场或冷场带电粒子源。发射的电子然后可以借助于施加在阴极112与阳极电极114之间的电场朝向阳极电极114加速，并且通过由阳极电极114限定的孔115离开电子源110。阳极电极114可以形成电子源110的外壳的一部分，被布置为单独的元件，和/或形成生成用于产生电子束e的期望电场的多个电极的布置的一部分。

阴极112和阳极电极114的取向可以决定使发射的电子加速的电场的取向。电场的取向和从电子源110发射出所产生的电子束e所通过的孔口115的位置又可以限定电子束e的方向或轨迹。因此，通过改变阳极电极114与阴极112之间的相对取向，可以控制电子束e的取向。在本实施例中，这可以借助于调节装置120(比如由控制器140操作的调节螺钉120)来执行。调节螺钉120可以被配置为调节阴极112相对于阳极电极114的位置。例如，可以通过倾斜或旋转阴极112以改变发射电子的位置来实现该调节。在本示例中，调节装置120布置在由外壳102限定的真空腔室内。然而，在一些示例中，调节装置120可以布置在真空腔室的外部，从那里可以接近该调节装置，而不会影响真空腔室中的环境。将结合图3讨论电子源110和调节装置120的更详细的示例。

X射线源100可以进一步包括电子光学装置150，该电子光学装置被配置为调节从电子源110发射的电子束e的取向。电子光学装置150可以例如包括一个或多个磁性和静电透镜和/或偏转板，这些透镜和/或偏转板被布置为对电子起作用，从而影响其轨迹并且从而影响电子束e的形状和取向。可以假设施加场的强度与对电子的作用之间的相关性，这允许将施加场的强度用作电子光学装置150影响电子束的程度的度量。

电子光学装置150可以包括(参见图4a)被布置为用于使电子束沿不同方向偏转的偏转装置154和被配置成用于以电子斑点将电子束聚焦在靶标上的聚焦装置152。该电子斑点的大小可以通过调节应用于聚焦装置的聚焦设置来调节。

电子光学装置150可以由控制器140控制并且因此可以与电子源110的调节装置120一起使用以将电子束e指向期望的方向。现在将描述特定示例，其中使用电子光学装置150来验证和/或控制电子源110的阴极112与阳极电极114之间的相对取向。

在第一步骤中，选择调节装置120的初始设置。初始设置可以例如基于存储的设置，该设置可以是以统计学方式确定的第一估计，或者曾在先前的设置(例如，在维护或更换电子源110之前使用的最后已知的设置)中被使用。调节装置120的初始设置会引起具有特定轨迹的电子束e。该轨迹可以由电子光学装置150调节，使得电子束e冲击或穿过期望的位置。例如，可以使用电子光学装置150来微调电子束e的轨迹，使得其相对于靶标被给予正确的对准或者在期望的位置处冲击传感器130。

来自电子光学装置150的贡献现在可以被控制器用来确定调节装置120的初始设置是否可接受或者是否需要改变。控制器可以基于以下推理做出该判定：

-来自电子光学装置150的相对低的贡献表明调节装置120的初始设置是相对正确的拟设。即，电子源110的阴极112与阳极电极114之间的相对取向产生具有仅需要微小的调节就可以满足相对于预期靶标位置的对准标准的初始取向的电子束。

-来自电子光学装置150的相对高的贡献表明可以改善调节装置120的设置。因此，应将初始拟设替换为另一个设置，该设置可以产生需要由电子光学装置150进行较少的微调以实现电子束e的期望取向的电子束路径。

因此，控制器140可以在反馈回路中使用调节装置120和电子光学装置150以自动对准电子束e。对准可以例如结合X射线源100的维修或维护来执行，和/或在X射线源100的操作期间定期执行以便保持高性能并补偿X射线源100的磨损和老化。

图3a和图3b是根据实施例的电子源110的示意图，该电子源可以具有与上文结合图1和图2讨论的实施例类似的配置。在本示例中，电子源110包括阴极112，该阴极附接到可移动的凸缘116，该可移动的凸缘允许改变阴极112与阳极电极114之间的相对取向。阴极112可以相对于包围阴极和阳极电极114的电子发射部分的壳体119移动。壳体119可以连接到限定真空腔室的外壳102，并且可以在凸缘116与壳体119之间提供密封件117，比如波纹管结构117，用于允许凸缘116与壳体119之间的相对移动，而不影响真空腔室中的环境。

凸缘116的取向可以通过调节装置120来改变，比如被布置为控制阴极112的角度取向的第一和第二致动器120。在图3a的横截面中示出了致动器120，其控制凸缘116与壳体119的壁之间的间隙。致动器的示例包括压电致动器、电磁致动器、线性马达(音圈)和具有合适齿轮布置的旋转马达。在本示例中，致动器120被布置在真空腔室的外部。在这种配置中，真空可以用作致动器的预载，即，大气压力将在凸缘116上提供力，致动器120必须克服该力以增加凸缘116与壳体119的壁之间的间隙。如图3a所示，凸缘116的上部和壳体119的壁之间的距离的减小会导致阴极112的倾斜移动，使得阴极112的电子发射部分的位置降低。反之亦然，凸缘116的下部之间的减小的距离可以导致阴极112的电子发射部分相对于阳极电极114升高到更高的位置。为了防止致动器120的过度运动导致真空密封的意外破坏，可以提供机械止动件(未示出)。

图3b示出了图3a的凸缘116的侧视图，其中凸缘116经由球形接头118(在图3b中由虚线指示的位置)可枢转地连接到壳体119。致动器120可以被布置为与球形接头118配合以提供围绕球形接头118的凸缘116的期望角度调节。通过沿共同方向移动致动器，可以使凸缘围绕穿过球并平行于连接两个致动器的线的轴线倾斜，而将致动器沿相反方向移动使得凸缘能够沿着垂直于连接两个致动器的线的方向围绕穿过球的轴线倾斜。在图3b所示的本实例中，沿共同方向移动致动器允许阴极沿图的向上或向下方向倾斜，而沿相反方向移动致动器允许阴极沿图的侧向倾斜。

图4a示出了根据实施例的X射线源的电子光学装置150和靶标J，该X射线源可以具有与结合图1至图3讨论的实施例类似的配置。图4a是在电子束e的偏转平面上绘制的，并且示出了在三个不同的偏转取向I1、I1’、I1”的电子束，每个偏转取向与电子光学装置150的偏转装置154的设置相对应。需要强调的是，光束的角度未按比例绘制，但是在靶标上方(I1)、在靶标内(I1’)和在靶标下方(I1”)的光束位置表示小的角度范围，因此光束可以被位于更下游的传感器(未示出)捕获。

电子束e相对于靶标J的对准可以通过借助于偏转装置154在靶标J上扫描电子束同时针对多个偏转装置设置U中的每一个记录来自靶标J下游的传感器的信号来确定。这样的数据集绘制在图4b中。如果靶标J与传感器区域重叠，则其存在将自己表现为其中传感器信号E减小或接近零的区间。绘制曲线的最小值与产生在靶标内(I1’)的光束位置的偏转装置设置U相对应。

需要强调的是，不需要根据电子光学装置150的设置来执行对传感器信号值E的记录。实际上，最好是记录阴极和阳极电极(图4a和图4b中未示出)的不同相对对准的值以便确定调节装置的优选设置。

可以借助于偏转装置154在传感器区域上扫描电子束，从而将其偏转出传感器区域。以这种方式，可以确定与电子束的特定位置相对应的偏转装置的设置，或者可替代地，可以获得未偏转的电子束的位置。为了判定对准是否足够，可以确定针对两个不同的聚焦装置(152)设置的电子束的位置的改变；如果该改变在预定范围内，则可以认为对准足够好。可以调节阴极与阳极电极之间的相对取向，直到满足该标准为止。只要机械公差足够，当改变电子束焦点时确保电子束的预测运动的过程可以产生令人满意的性能，即，不需要电子束的进一步对准。在不需要对准线圈的意义上，这可以简化电子光学装置150。

在实施例中，电子束的期望对准是沿着聚焦透镜的光轴。为了实现这一点，可以调节阴极与阳极电极之间的相对取向，直到当改变电子束焦点时电子束的运动可忽略不计为止。因此，在该实施例中，上文所讨论的预定范围将与预定极限值相对应。换句话说，可以调节对准，直到针对不同的聚焦装置设置的电子束位置的差异低于预定极限值为止。

图5是根据实施例的靶标生成器260的示意图。根据上文结合图1至图4讨论的实施例中的任一实施例，靶标生成器260可以包括在X射线源中。在本示例中，靶标生成器260被配置为生成液体射流262形式的靶标。液体射流262(即，靶标)可以由包括喷嘴261的靶标生成器260形成，通过该喷嘴可以喷射比如液态金属或液态合金等流体以形成液体靶标262。应当注意，根据本发明构思的实施例的X射线源可以包括多个液体靶标和/或多个电子束。尽管在本发明的优选实施例中使用了液态金属，但是也可以想到使用其他液体靶标，比如液态氙。

可以借助于连接至导管系统264的收集容器263和适于提高液体压力的泵266(比如高压泵)来收集液体射流262并将其返回至靶标生成器260。用于生成液体射流的压力可以为至少10巴，并且优选为至少50巴。

X射线源可以进一步包括靶标调节装置280，用于调节靶标相对于电子束e的取向的取向。调节装置280可以布置在外壳102(图5中未示出)内，或者布置在真空腔室外部。将调节装置280布置在腔室外部可以是有利的，因为降低了来自调节装置280的马达、齿轮机构、润滑剂和其他元件的污染物污染腔室的风险。在一些示例中，调节装置280可以例如通过旋转和/或平移靶标生成器260来对靶标生成器260进行操作，以便影响所生成的靶标的取向。可替代地或附加地，靶标调节装置可以直接对靶标进行操作以移动或调节靶标的位置并且从而调节靶标与电子束之间的相对取向。进一步地，需要强调的是，靶标调节装置可以与用于调节电子束的调节装置结合操作。

在图5所示的本示例中，靶标调节装置280被配置为调节靶标生成器260的位置，特别是喷射形成液体射流262的液体的喷嘴261的取向。这可以借助于对调节机构(比如调节螺钉)进行操作的致动器(比如马达)来执行。优选地，致动器通信地连接到控制器以允许自动调节靶标取向。在一些情况下，假如所需的调节很小，以至于电子光学系统可以替代地移动电子束，则可能不需要在基本垂直于液体射流的流动轴线和基本垂直于电子束的行进方向的方向上调节靶标位置。只要外部X射线光学器件的焦深足够大，此方法就足够了。然而，在许多情况下，沿着电子束的行进方向的靶标位置的调节可能不会被省略或被电子束的移动所代替。如果应用对X射线源的精确位置不敏感，则调节电子束的焦点以在稍微偏移的位置保持期望的光斑大小就足够了。在许多情况下，这可能不是优选的，因为在垂直于外部X射线光学器件的光轴的方向上移动X射线光斑可能需要重新对准外部光学器件和/或打算接收X射线辐射的样本。

仍然参考图5，示出了与液体射流262相关的磁场生成器270。磁场生成器可以包括用于生成与液体靶标262相互作用的磁场的多个装置。这种装置的示例可以包括电磁体，这些电磁体可以布置在液体靶标262的路径的不同侧。

在一些示例中，磁场生成器270可以用作靶标调节装置，用于调节靶标的形状或位置，优选地在相互作用区域中。可替代地或附加地，磁场生成器270可以用作靶标取向传感器，其被配置为生成指示靶标262的取向的信号。传感器功能可以利用靶标与磁场之间的相互作用来获得关于靶标的实际位置或相对于磁场的位置改变的知识。磁场生成器270可以连接到控制器140以便向控制器140提供关于靶标的取向的信息和/或允许控制器140将磁场生成器270用作靶标调节装置以修改靶标的取向。

图5进一步展示了被布置为获取靶标262的图像的成像设备，比如相机272。来自相机272的信号可以用于将靶标262的当前位置与靶标的先前位置或参考位置进行比较。在一个示例中，先前位置信息与由先前喷嘴生成的靶标262的存储参考图像相对应。应当注意，相机272可以被布置为也观察系统的其他部分，比如指示靶标生成器260或喷射液体射流262的喷嘴261的位置的参考结构。

相机272可以用于在例如更换喷嘴261之后提供靶标的粗略的初始对准。然后，可以通过上文结合前述实施例讨论的任何对准过程来微调粗略对准。

在一些实施例中，X射线源可以包括用于监测指示X射线源的性能的质量度量的传感器。质量度量可以例如涉及所生成的X射线辐射的特性，比如强度或亮度。进一步地，X射线源可以包括指示靶标与电子束e之间的相互作用的传感器。相互作用例如可以通过被靶标散射、被靶标吸收或绕过靶标的电子的数量以及腔室中存在的二次电子的数量来表征。相互作用也可以通过生成的X射线辐射来表征。

上述参数可以用于获得关于靶标与电子束之间的对准的知识，并确定如何操作束调节装置和/或靶标调节装置。

通过在电子束的行进方向上在靶标的下游提供传感器区域，可以通过在靶标上扫描电子束并测量不同位置到达传感器区域的电子量来确定电子束与靶标之间的相对取向。假设电子束的横截面与靶标相比相对较小，则当电子束被靶标遮挡时检测从高电流到低电流的转变并且当电子束未被遮挡时相应地检测从低电平到高电平的转变可以给出靶标宽度以及靶标位置的度量。现在将讨论靶标生成器已被更换的情况作为说明性示例。通过在靶标上扫描电子束来测量靶标位置，可以确定与更换之前的情况相比靶标的位移。在基本垂直于电子束的方向上的位移将导致靶标位置在该方向上的改变。只要电子束的焦点不变，沿电子束方向的位移将导致表观靶标宽度改变。通过改变焦点设置并重复扫描，可以确定靶标位置与电子束的最小横截面相对应的焦点设置。根据该信息，可以获得在电子束方向上的位移。

如果改为测量由靶标吸收的电流或从靶标散射的电子，则可以应用上述类似的考虑。进入的电子可能会错过靶标、被靶标吸收、或从靶标散射。因此，当在靶标上扫描电子束以确定靶标取向时，可以测量这三个量中的任何一个。控制器可以使用该信息来相应地调节靶标取向。

另一种可能性是测量由电子束与靶标之间的相互作用产生的X射线辐射。通过在靶标上扫描电子束，X射线辐射的量将从当电子束绕过靶标时的少量改变为当整个电子束击中靶标时的大量。

上述参数可以由不同类型的传感器确定。在一些实施例中，如从电子束e的方向所看到的，X射线源可以包括布置在靶标后面的束取向传感器130。束取向传感器130可以用于确定绕过靶标并且因此不会对X射线辐射的生成做出贡献的电子的数量。散射电子或二次电子的数量可以通过布置在腔室内的电子检测器(比如连接到电流表的电极)来检测。进一步地，可以通过布置在腔室外部的X射线敏感检测器来测量所生成的X射线辐射。

这些传感器可以连接到控制器140以便向控制器140提供可以在如上所述的自动对准过程中用作反馈的信息。

图6是概述根据实施例的方法的流程图。该方法可以在可以具有与结合图1至图5描述的实施例类似的配置的X射线源中执行。在本示例中，该方法可以包括以下步骤中的至少一些：

从阴极112发射610电子；

借助于阳极电极114使发射的电子加速620以形成电子束e；

生成630指示电子束e相对于靶标位置的取向的信号；

借助于控制器140基于借助于控制器140所生成的信号来调节640阳极114与阴极112之间的相对取向；

借助于对准线圈150基于所生成的指示电子束e相对于靶标位置的取向的信号来调节650电子束e的取向；

监测660指示由对准线圈150生成的场的进一步的信号；以及

调节670阳极电极114与阴极112之间的相对取向，使得由对准线圈150生成的实现期望对准所需的场减小。

该方法的另一个实施例(未示出)可以包括以下步骤：

从阴极112发射电子；

借助于阳极电极114使发射的电子加速以形成电子束e；

借助于偏转器154针对聚焦装置152的两个不同的设置在传感器区域上扫描电子束；

确定针对两个不同的聚焦装置设置的电子束的位置差；

调节阳极电极与阴极之间的相对取向，使得位置差低于预定的极限值。

图7是概述根据实施例的方法的流程图。该方法可以在可以具有与结合图1至图5描述的实施例类似的配置的X射线源中执行。在本示例中，该方法可以包括以下步骤中的至少一些：

提供710被引导朝向靶标的电子束e，使得电子束与靶标相互作用以生成X射线辐射；

生成720指示靶标相对于电子束的取向的信号；

借助于控制器140基于借助于控制器140所生成的信号来调节730靶标的取向。

在靶标是由喷嘴261生成的液体射流262的情况下，指示靶标相对于电子束的取向的信号可以由观察靶标的成像设备272生成。如果是这样，则该方法可以包括通过移动喷嘴261直到靶标的当前图像与先前获取的先前靶标的图像相关来调节740靶标262的取向的步骤。

可替代地或附加地，可以通过在靶标262上扫描750电子束e来获取指示靶标262的位置的图像。

本领域技术人员决不限于上文描述的示例实施例。相反地，在所附权利要求的范围内，许多修改和变化是可能的。具体地，在本发明构思的范围内，可以设想包括多于一个靶标或多于一个电子束的X射线源和系统。此外，本文所描述类型的X射线源可以有利地与根据特定应用而定制的X射线光学器件和/或检测器组合，这些特定应用例如但不限于以下各项：医学诊断、无损测试、光刻、晶体分析、显微镜学、材料科学、显微镜表面物理学、X射线衍射法测定蛋白质结构、X射线光谱分析(XPS)、临界尺寸小角X射线散射(CD-SAXS)和X射线荧光光谱分析(XRF)。另外，通过研究附图、披露内容和所附权利要求，本领域技术人员在实践所要求保护的本发明时可以理解和实现所披露示例的变化。在相互不同的从属权利要求中引用某些措施的纯粹事实并不表明这些措施的组合不能被有利地使用。