(57)【要約】      （修正有）【課題】試料の微小な領域にＸ線を照射することができ、Ｘ線の強度は減少しないＸ線管を提供する。【解決手段】Ｘ線管１は、筐体２内で凹部６を有する有しフィラメント１を内部に配置する集束電極(陰極)５と、熱電子を発生し集束電極（陰極）５の凹部の溝の内部に配置されるように固定されているフィラメント３と、熱電子からなる電子線が衝突するターゲット４を先端に設けた陽極電極１１と、筐体２に設けられ穴を覆うように設けられ、ターゲット４で発生した一次Ｘ線を射出するたように、Ｘ線を透過するＸ線放射窓８と、から構成されている。【選択図】図１
2010055883.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次Ｘ線を放射させるＸ線管であって、
熱電子を生成するフィラメントと、
前記熱電子を加速させる凹部を有する集束電極と、
加速された熱電子からなる電子線が衝突するターゲットを備えた陽極電極と、
前記フィラメントと前記集束電極と、前記陽極電極を内部に備えた筐体と、
ターゲットで生成された一次Ｘ線を前記筐体の外側に放射するめに、前記筐体に設けられた穴を覆うＸ線放射窓と、
からなり、
前記フィラメントは、板状の形状であり、前記凹部の内部に配置されるように固定され、
前記ターゲット面、前記集束電極の放射面、及び前記フィラメントの平面が、前記Ｘ線放射窓に向けられているＸ線管。
【請求項２】
試料に一次Ｘ線を照射する請求項１に記載のＸ線管と、
前記試料から放出される特性Ｘ線及び散乱Ｘ線を検出し該特性Ｘ線及び散乱Ｘ線のエネルギー情報を含む信号を出力するＸ線検出器と、
前記信号を分析して特定の元素に対応したＸ線強度を判別するＸ線分析器と、
前記Ｘ線強度に応じて画像表示する情報処理部と、を備えた蛍光Ｘ線分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一次Ｘ線を放出するＸ線管および蛍光Ｘ線分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
試料に一次Ｘ線を照射し、試料から発生する蛍光Ｘ線を分析して、試料の組成分析や膜厚を測定する蛍光Ｘ線分析装置等に用いられるＸ線管は、陽極に電圧を印加して発生した電子を加速して、それを陰極となるターゲットに照射することにより、一次Ｘ線を発生させるものが良く知られている。（例えば、特許文献１を参照。）
図４に従来のＸ線管の一部拡大した概略断面図を示す。
【０００３】
内部が真空状態である筐体２内部に、陰極となるフィラメント３と、ターゲット９を先端部に備えた陽極電極１１と、が設けられている。
【０００４】
そして、電流電源（図示せず）によりフィラメント３に電流を流すことで加熱され、発熱電子が発生する。この熱電子は、凹部６を有する集束電極(陰極)５と陽極１１との間に電圧電源（図示せず）により高電圧を印加することにより、電子線Ａとして引き出される。これにより、電子線Ａがターゲット４に衝突して、ターゲット４から一次Ｘ線Ｂが発生する。
【０００５】
このターゲット４で発生した一次Ｘ線Ｂは、筐体２に設けられ、ベリリウム（Ｂｅ）膜などのＸ線放射窓８で覆われた穴を通して、筐体２から射出される。
【０００６】
そして、集束電極５の放射面７と陽極１１のＸ線放射線面となるターゲット４面は、共にＸ線放射窓８に向けられている。
【０００７】
また、フィラメント３は、集束電極５の溝となる凹部６の外側に配置されている。
【特許文献１】特表２００１−５０４９８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、上記の従来技術には、以下の課題が残されている。
【０００９】
このフィラメントの円弧が取付け溝の外側に配置されているので、フィラメント付近での等電位面はフィラメントに沿った形状となる。電場は、この等電位面に垂直に発生するので、フィラメント付近の電子線は、発散する方向に加速されることになる。
【００１０】
つまり、この発散する方向をもつ電子線がターゲット上に衝突するので、ターゲット上で発生するＸ線は発散した電子線と同等の大きな大きさとなる。そのために、ターゲット上で大きな領域で発生したＸ線が、Ｘ線放射窓を介して試料などの照射するときに大きな領域となってしまうという問題があった。
【００１１】
また、Ｘ線の発生させる領域を小さくするには、電子線を発生させる領域を小さくすれば良い。つまり、コイル状のフィラメントの場合、コイルの半径を小さくすることになる。しかし、電子の数は表面積に比例するので、コイルの半径を小さくした場合、電子の数が減少し、Ｘ線の強度も減少する。
【００１２】
そこで、本発明は、この課題を鑑みたものであり、試料の微小な領域にＸ線を照射することができ、Ｘ線の強度は減少しないＸ線管を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明の一次Ｘ線を放射させるＸ線管は、熱電子を生成するフィラメントと、この熱電子を加速させる凹部を有する集束電極と、加速された熱電子からなる電子線が衝突するターゲットを備えた陽極電極と、フィラメントと集束電極と、陽極電極を内部に備えた筐体と、ターゲットで生成された一次Ｘ線を筐体の外側に放射するめに、筐体に設けられた穴を覆うＸ線放射窓と、からなる構造を有し、かつこのフィラメントは、板状の形状であり、集束電極の凹部の内部に配置されるように固定され、ターゲット面、集束電極の放射面、及びフィラメントの平面が、Ｘ線放射窓に向けられているように配置されている。
【００１４】
また、本発明の蛍光Ｘ線分析装置は、試料に一次Ｘ線を照射する前記のＸ線管を用い、試料から放出される特性Ｘ線及び散乱Ｘ線を検出し該特性Ｘ線及び散乱Ｘ線のエネルギー情報を含む信号を出力するＸ線検出器と、この信号を分析して特定の元素に対応したＸ線強度を判別するＸ線分析器と、Ｘ線強度に応じて画像表示する情報処理部と、を備えた構造を有している。
上記の課題を解決するために、本発明のＸ線管においては、フィラメント形状、フィラメントの陰極への取付け方、そして陰極の形状に次のような特徴を持っている。フィラメントは陽極に向かう面の断面が平面もしくは窪んだ形状になっていて、環状である。陰極は陽極の長軸方向に回転対称に配置され、陰極にはフィラメントを取り付けるための溝が掘られている。フィラメントはこの溝の中に埋め込まれる。
また、フィラメントの厚さはフィラメントから放出される熱電子の効率を向上させるために薄くしたほうが良い。フィラメントの陰極開口部とは反対側の面はどのような形状をとっても良い。
また、フィラメントを環状でなく、一定の長さの弧にしたときは、フィラメント取付け溝の中にはフィラメント以外の部分にフィラメントと同じ形状を持つ電極を取り付ける。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、以下に記載されるような効果を奏する。
【００１６】
すなわち、フィラメントで発生した熱電子は集束電極から集束作用を受けて、陽極に到達する前に一度、電子線を集束することができるので、電子線の強度を保ち、陽極上での電子線の照射面積を小さくすることができる。これにより、ターゲット上の小さい領域でＸ線が発生するので試料の微小な領域にＸ線を照射することができるようになるという効果が得られます。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明に係るＸ線管の一実施形態を、図１から図２を参照しながら説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするために必要に応じて縮尺を適宜変更している。
【００１８】
本実施形態のＸ線管１は、図１に示すように、内部を真空にした筐体２内で熱電子を発生するフィラメント３と、凹部６を有する有しフィラメント１を内部に配置する集束電極(陰極)５と、熱電子からなる電子線Ａが衝突するＷ（タングステン）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｃｒ（クロム）などからなるターゲット４を先端に設けた陽極電極１１と、筐体２に設けられ穴を覆うように設けられ、ターゲット４で発生した一次Ｘ線Ｂを射出するたように、Ｘ線を透過するベリリウム（Ｂｅ）膜などからなるＸ線放射窓８と、から構成されている。
【００１９】
電流電源９によりフィラメント３に電流を流すことで加熱され、熱電子が発生する。この熱電子は、凹部６を有する集束電極(陰極)５と陽極１１との間に電圧電源１０により高電圧を印加することにより、電子線Ａとして加速して引き出される。これにより、電子線ＡがＷ（タングステン）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｃｒ（クロム）などからなるターゲット４に衝突して、ターゲット４から一次Ｘ線Ｂが発生する。
【００２０】
本実施形態では、フィラメント３は、集束電極（陰極）５の凹部の溝の内部に配置されるように固定されている。
【００２１】
また、フィラメント３は、板状の形状が用いられている。
【００２２】
そして、フィラメント３の平面３ａ、集束電極５の放射面７、及び陽極１１のＸ線放射線面となるターゲット４の面が、全てＸ線放射窓８に向けられる構造となっている。
【００２３】
さらに、集束電極５とフィラメントは、ターゲット４を中心に環状の構造となっている。
【００２４】
図２にフィラメント付近の等電位面と電子線の軌跡のシミュレーション図を示す。
【００２５】
フィラメント３付近の熱電子Ａはターゲット４に向かって凹部６から出る方向に加速される。等電位面Ｄが凹部６に入り込む形状になっており、電場は等電位面Ｄとは垂直に発生するので、熱電子Ａは凹部６を外側に出るまで集束する向きに力を受ける。そのため、ターゲット４に到達するまでに一度集束面Ｃが形成されている。集束面Cでの電子線の断面はフィラメントの断面より小さくなっている。
【００２６】
収束面Cでの電子線の断面積が仮想的なフィラメントの断面積と考えることができる。したがって、もし図２中のフィラメントの断面積が従来のＸ線管で使用されるフィラメントと同じ断面積であるならば、Ｘ線の強度を維持した状態で電子線照射面積は小さくなる。逆に電子照射面積を従来と同じにすると、Ｘ線強度を従来より強くなる。
【００２７】
ターゲット上にビームを集束できるように、フィラメントの位置と、陰極陽極、真空蓋の形状、位置などを最適化することによってターゲット上での電子線照射面積を小さくすることができる。
【００２８】
本実施形態のＸ線管は、例えば蛍光Ｘ線分析装置に用いられるものであり、図３に示すように、試料Ｓを載置すると共に移動可能な試料ステージ（移動機構）２３と、試料Ｓ上の任意の照射ポイントに１次Ｘ線を照射するＸ線線源１と、試料Ｓから放出される特性Ｘ線及び散乱Ｘ線を検出し該特性Ｘ線及び散乱Ｘ線のエネルギー情報を含む信号を出力するＸ線検出器２１と、図示しない照明手段で照明された試料Ｓの拡大された照明画像を画像データとして取得する光学顕微鏡２２と、Ｘ線検出器２１に接続され上記信号を分析するＸ線分析器２４と、Ｘ線分析器２４に接続され特定の元素に対応したＸ線強度を判別する解析処理を行うと共に求めたＸ線強度に応じて色又は明度を変えた強度コントラストを決定してディスプレイ部２５ａ上の照射ポイントに対応した位置に画像表示する情報処理部２５と、を備えている。
【００２９】
上記Ｘ線検出器２１は、Ｘ線の入射窓に設置されている半導体検出素子（例えば、ｐｉｎ構造ダイオードであるＳｉ（シリコン）素子）（図示略）を備え、Ｘ線光子１個が入射すると、このＸ線光子１個に対応する電流パルスが発生するものである。この電流パルスの瞬間的な電流値が、入射した特性Ｘ線のエネルギーに比例している。また、Ｘ線検出器３は、半導体検出素子で発生した電流パルスを電圧パルスに変換、増幅し、信号として出力するように設定されている。
【００３０】
Ｘ線分析器２４は、上記信号から電圧パルスの波高を得てエネルギースペクトルを生成する波高分析器（マルチチャンネルアナライザー）である。
【００３１】
情報処理部２５は、ＣＰＵ等で構成され解析処理装置として機能するコンピュータであり、Ｘ線分析器２４から送られるエネルギースペクトルから特定の元素に対応したＸ線強度を判別し、これに基づいて画像をディスプレイ部２５ａに表示する機能を有している。また、情報処理部２５は、各上記構成に接続されこれらを制御する機能を有し、該制御に応じて種々の情報をディスプレイ部２５ａに表示可能である。
【００３２】
この情報処理部２５は、Ｘ線強度の画像と試料Ｓの光学顕微鏡像とを重ね合わせて表示するように設定可能である。
【００３３】
これら試料ステージ２３、Ｘ線管１、Ｘ線検出器２１及び光学顕微鏡２２等は、減圧可能な試料室２０に収納され、Ｘ線が大気中の雰囲気に吸収されないように測定時には、試料室２０内が減圧されるようになっている。
【００３４】
また、上記試料ステージ２３は、試料Ｓを固定した状態でステッピングモータ（図示略）等により上下左右の水平移動及び高さ調整可能なＸＹＺステージであって、予め設定されたマッピング領域Ｍ内で試料Ｓに対して照射ポイントを相対的に移動させるように、情報処理部２５により制御される。
【００３５】
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【００３６】
例えば、本実施形態では、集束電極とフィラメントは、ターゲットを中心にした環状の構造が用いられているが、環状ではなくターゲットの周辺の一箇所に設けられた集束電極とフィラメントでも構わない。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明に係るＸ線管の一実施形態において、Ｘ線管を示す概略的な構成図である。
【図２】本発明に係るＸ線管の一実施形態において、フィラメント付近の等電位面と電子線の軌跡を示すシミュレーション図である。
【図３】本発明に係るＸ線管を用いた蛍光Ｘ線分析装置の一実施形態において、蛍光Ｘ線分析装置を示す概略的な全体構成図である。
【図４】従来技術のＸ線管を示す概略的な構成図である。
【符号の説明】
【００３８】
１．  Ｘ線管
２．  筐体
３．  フィラメント
４．  ターゲット
５．  集束電極  (陰極)
６．  凹部  （溝）
７．  放射面
８．  Ｘ線放射窓
９．  電流電源
１０．  電圧電源
１１．  陽極電極
１２．  フィラメント
２０．  試料室
２１．  Ｘ線検出器
２２．  光学顕微鏡
２３．  試料ステージ
２４．  Ｘ線分析器
２５．  情報処理部
２５ａ．  ディスプレイ
Ａ．  電子線
Ｂ．  一次Ｘ線
Ｃ．  集束面
Ｄ．  等電位面
【図１】
2010055883.tif 000003
【図２】
2010055883.tif 000004
【図３】
2010055883.tif 000005
【図４】
2010055883.tif 000006