(57)【要約】  Ｘ線の撮影に十分な多量のＸ線を発生させることができ、互いに平行な方向にＸ線を高密度で集束させることができるＸ線撮影システムを開示する。Ｘ線撮影システムは、Ｘ線を生成して放出するＸ線発生装置と、前記Ｘ線発生装置から放出されたＸ線を検出する検出装置と、前記Ｘ線発生装置から放出されたＸ線の分散を防止するために、前記Ｘ線発生装置と前記検出装置との間に配置される少なくとも一つの集束装置とを含む。
2014505261.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
進行方向にＸ線を生成して放出するＸ線発生装置；
前記Ｘ線発生装置から放出された前記の進行するＸ線を検出するために位置する検出装置；及び
Ｘ線が前記検出装置に向かって進行するとき、前記Ｘ線発生装置から放出されたＸ線の分散を防止するために、前記Ｘ線発生装置と前記検出装置との間の通路に位置する少なくとも一つの集束装置；
を含むことを特徴とするＸ線撮影システム。
【請求項２】
前記集束装置は、互いに平行に、そして、前記Ｘ線の進行方向と平行に配置される集束軸を有する複数の毛細管を含み、
前記各毛細管は、前記Ｘ線の進行方向と実質的に平行でない前記毛細管を通過するＸ線を回折させるために少なくとも一つの回折層を備えることを特徴とする、請求項１に記載のＸ線撮影システム。
【請求項３】
前記回折層は、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、鉛（Ｐｂ）及び白金（Ｐｔ）から選ばれる少なくとも一つを含むことを特徴とする、請求項２に記載のＸ線撮影システム。
【請求項４】
前記各毛細管は、前記回折層によって回折されたＸ線を透過させる少なくとも一つの透過層を含み、
前記回折層と前記透過層は、前記毛細管の外郭から中心方向に交互に配置されて層状構造を形成することを特徴とする、請求項３に記載のＸ線撮影システム。
【請求項５】
前記透過層は、炭素（Ｃ）、シリコン（Ｓｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、ポリマー、窒化物及び酸化物から選ばれる少なくとも一つを含むことを特徴とする、請求項４に記載のＸ線撮影システム。
【請求項６】
前記集束装置は、特定の波長を有するＸ線をフィルタリングするために多数の結晶格子を含むことを特徴とする、請求項１に記載のＸ線撮影システム。
【請求項７】
Ｘ線発生装置は、
電子を放出する複数のエミッタ、及び前記エミッタから電子が放出されるように前記エミッタとの間に電場を形成するゲートを備える陰極部と、
前記陰極部から放出された電子が衝突してＸ線を発生させるようにターゲットを備える陽極部と、を含むことを特徴とする、請求項１に記載のＸ線撮影システム。
【請求項８】
前記陰極部は平板状に形成され、平板状の前記陰極部の表面には、前記エミッタがマトリックス状に配置されることを特徴とする、請求項７に記載のＸ線撮影システム。
【請求項９】
前記ターゲットは、Ｘ線の分散を防止するために凹凸状に形成されることを特徴とする、請求項８に記載のＸ線撮影システム。
【請求項１０】
前記ターゲットは、Ｘ線を回折させるために少なくとも一つの回折層を備えることを特徴とする、請求項９に記載のＸ線撮影システム。
【請求項１１】
前記回折層は、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、鉛（Ｐｂ）及び白金（Ｐｔ）から選ばれる少なくとも一つを含むことを特徴とする、請求項１０に記載のＸ線撮影システム。
【請求項１２】
前記ターゲットは、前記回折層によって回折されたＸ線を透過させる少なくとも一つの透過層を含み、
前記回折層と前記透過層は、交互に配置されて凹凸状の層状構造を形成することを特徴とする、請求項１１に記載のＸ線撮影システム。
【請求項１３】
前記透過層は、炭素（Ｃ）、シリコン（Ｓｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、ポリマー、窒化物及び酸化物から選ばれる少なくとも一つを含むことを特徴とする、請求項１２に記載のＸ線撮影システム。
【請求項１４】
前記エミッタはそれぞれ独立的に制御可能であることを特徴とする、請求項１３に記載のＸ線撮影システム。
【請求項１５】
前記集束装置の集束軸は、前記Ｘ線発生装置に対して垂直な方向と平行に配置され、前記集束装置又は前記Ｘ線発生装置は、前記集束装置の集束軸が前記Ｘ線発生装置に対して垂直な方向と実質的に平行になるように移動可能に配置されることを特徴とする、請求項１に記載のＸ線撮影システム。
【請求項１６】
平板状の陰極部；
前記陰極部の表面にマトリックス状に配置されるエミッタ；
前記エミッタから電子が放出されるように前記各エミッタ間にそれぞれ配置されるゲート；
前記エミッタから放出された電子を進行方向に加速させる陽極部；及び
前記エミッタから放出された電子を衝突させ、Ｘ線を発生させるターゲット；を備えており、
前記陰極部と前記陽極部との間には電場が形成され、
前記ターゲットは、前記エミッタから放出された電子が加速される方向と平行な方向にＸ線を集束させるための凹凸部を備えることを特徴とするＸ線発生装置。
【請求項１７】
前記凹凸部は、Ｘ線を回折させるために少なくとも一つの回折層を備えることを特徴とする、請求項１６に記載のＸ線発生装置。
【請求項１８】
前記回折層は、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、鉛（Ｐｂ）及び白金（Ｐｔ）から選ばれる少なくとも一つを含むことを特徴とする、請求項１７に記載のＸ線発生装置。
【請求項１９】
前記ターゲットは、前記回折層によって回折されたＸ線を透過させる少なくとも一つの透過層を含み、
前記回折層と前記透過層は、交互に配置されて凹凸状の層状構造を形成することを特徴とする、請求項１８に記載のＸ線発生装置。
【請求項２０】
前記透過層は、炭素（Ｃ）、シリコン（Ｓｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、ポリマー、窒化物及び酸化物から選ばれる少なくとも一つを含むことを特徴とする、請求項１９に記載のＸ線発生装置。
【請求項２１】
前記エミッタはそれぞれ独立的に制御可能であることを特徴とする、請求項２０に記載のＸ線発生装置。
【請求項２２】
前記Ｘ線は、前記陽極部を透過し、前記Ｘ線発生装置から放出されることを特徴とする、請求項１６に記載のＸ線発生装置。
【請求項２３】
前記Ｘ線は、前記陰極部を透過し、前記Ｘ線発生装置から放出されることを特徴とする、請求項１６に記載のＸ線発生装置。
【請求項２４】
２次元の平板上に配置される複数の電子発生素子；及び
前記電子発生素子に対向するように配置され、前記電子発生素子から放出された電子を衝突させてＸ線を発生させるターゲット；を備えており、
前記ターゲットは、
Ｘ線を回折させるための少なくとも一つの凹凸状の回折層；及び
前記回折層の前方及び後方のうち少なくとも一つに結合され、前記回折層によって回折されたＸ線を透過させる少なくとも一つの透過層を含むことを特徴とするＸ線発生装置。
【請求項２５】
前記回折層と前記透過層は交互に配置されることを特徴とする、請求項２４に記載のＸ線発生装置。
【請求項２６】
前記回折層は、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、鉛（Ｐｂ）及び白金（Ｐｔ）から選ばれる少なくとも一つを含むことを特徴とする、請求項２５に記載のＸ線発生装置。
【請求項２７】
前記透過層は、炭素（Ｃ）、シリコン（Ｓｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、ポリマー、窒化物及び酸化物から選ばれる少なくとも一つを含むことを特徴とする、請求項２５に記載のＸ線発生装置。
【請求項２８】
前記電子発生素子はそれぞれ独立的に制御可能であることを特徴とする、請求項２５に記載のＸ線発生装置。
【請求項２９】
前記ターゲットは複数の回折層を含み、前記各回折層間の距離は互いに同一であることを特徴とする、請求項２５に記載のＸ線発生装置。
【請求項３０】
Ｘ線を発生させるＸ線発生装置；
進行方向に前記Ｘ線発生装置から放出され、被検査体を透過したＸ線を検出する検出装置；及び
前記Ｘ線発生装置から放出されたＸ線を集束させる少なくとも一つの集束装置；を含み、
前記集束装置は、前記Ｘ線発生装置と前記被検査体との間又は前記被検査体と前記検出装置との間に配置されることを特徴とするＸ線撮影システム。
【請求項３１】
前記集束装置は、前記進行方向に互いに平行に配置される縦軸を有する複数の毛細管を含み、
前記毛細管は、
前記毛細管を通過するＸ線を回折させるための少なくとも一つの回折層と、
前記回折層によって回折されたＸ線を透過させる少なくとも一つの透過層と、を含み、
前記回折層と前記透過層は、前記毛細管の外郭から中心方向に交互に配置されて層状構造を形成することを特徴とする、請求項３０に記載のＸ線撮影システム。
【請求項３２】
前記毛細管は複数の回折層を含み、前記各回折層間の距離は互いに同一であることを特徴とする、請求項３１に記載のＸ線発生装置。
【請求項３３】
前記集束装置は、特定の波長を有する前記進行方向に移動するＸ線をフィルタリングするために多数の結晶格子を含むことを特徴とする、請求項３０に記載のＸ線撮影システム。
【請求項３４】
前記集束装置又は前記Ｘ線発生装置は、互いに平行な方向に移動できるように配置されることを特徴とする、請求項３０に記載のＸ線撮影システム。
【請求項３５】
前記Ｘ線発生装置は、
電子を放出する複数のエミッタ、及び前記エミッタから電子が放出されるように前記エミッタとの間に電場を形成するゲートを備える陰極部と、
前記陰極部から放出された電子が衝突してＸ線を発生させるようにターゲットを備える陽極部と、を含むことを特徴とする、請求項３０に記載のＸ線撮影システム。
【請求項３６】
前記ターゲットは異なる材質からなる複数の層を備えることを特徴とする、請求項３５に記載のＸ線撮影システム。
【請求項３７】
前記層は、Ｘ線を回折させるための少なくとも一つの回折層と、Ｘ線を透過させる少なくとも一つの透過層と、を含み、
前記回折層と前記透過層は、交互に配置されて凹凸状の層状構造を形成することを特徴とする、請求項３６に記載のＸ線撮影システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非破壊Ｘ線撮影及び診断などに使用されるＸ線発生装置及びこれを含むＸ線撮影システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線発生装置は、医療診断、及び多様な構造物内部の欠陥を検出するために用いられる各画像を発生させる非破壊検査に広く使用されている。
【０００３】
一般に、医療用Ｘ線発生装置は、高い温度で加熱された陰極フィラメントから放出されて加速された熱電子を回転する陽極ターゲットに衝突させ、Ｘ線を発生させる構造を有する。
【０００４】
回転する陽極ターゲットに熱電子を衝突させる構造の場合、多量のＸ線が発生し得る。しかし、このような装置には、陰極フィラメントを加熱するための周辺装置、陽極を回転させるための回転装置、及び冷却装置などが必要であり、その結果、Ｘ線発生装置の体積及び重さが実質的に増加する。そして、陰極フィラメントから放出されたほとんどの熱電子は熱に転換され、残りの熱電子がＸ線を発生させるために使用される。このような理由により、Ｘ線発生装置は、一般に非効率的であり、低い解像度を示す。
【０００５】
最近は、ＦＥＤ（Ｆｉｅｌｄ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｄｉｓｐｌａｙ）型Ｘ線発生装置（以下では、‘平板型Ｘ線発生装置’という。）に対する研究が進められている。平板型Ｘ線発生装置は、約数十ナノメートル（nm）のサイズを有する針状のエミッタを平板上に配置し、エミッタに高電界を印加することによって、エミッタから放出された電子を陽極ターゲットに衝突させ、Ｘ線を発生させる構造を有する。
【０００６】
このような平板型Ｘ線発生装置の場合、装置のサイズが小さく、Ｘ線の発生を効率的に制御することができる。しかし、Ｘ線の撮影のために十分に集束された量のＸ線を発生させることが難しく、特に、互いに平行な方向に（すなわち、複数の平行経路に）Ｘ線を集束させることが難しい。このような理由により、平板型Ｘ線発生装置は医療用に広く使用されていない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の一側面は、Ｘ線の撮影のために十分な多量のＸ線を発生させる構造を有するＸ線発生装置及びこれを含むＸ線撮影システムを提供する。
【０００８】
本発明の他の側面は、互いに平行な方向にＸ線を集束させるＸ線発生装置及びこれを含むＸ線撮影システムを提供する。
【０００９】
本発明の他の側面は、平板上に位置したエミッタを個別的に制御し、Ｘ線を均一に発生させるＸ線発生装置及びこれを含むＸ線撮影システムを提供する。
【００１０】
本発明の更に他の側面は、Ｘ線発生装置から放出されたＸ線を互いに平行な方向に集束させるＸ線撮影システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一側面に係るＸ線撮影システムは、Ｘ線を生成して放出するＸ線発生装置；前記Ｘ線発生装置から放出されたＸ線を検出する検出装置；及び前記Ｘ線発生装置から放出されたＸ線の分散を防止するために、前記Ｘ線発生装置と前記検出装置との間に位置する少なくとも一つの集束装置；を含むことを特徴とする。
【００１２】
前記集束装置は、互いに平行に配置される集束軸を有する複数の毛細管を含み、前記毛細管は、前記毛細管を通過するＸ線を回折させるために少なくとも一つの回折層を備えることができる。
【００１３】
前記回折層は、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、鉛（Pｂ）及び白金（Ｐｔ）から選ばれる少なくとも一つを含むことができる。 
【００１４】
前記毛細管は、前記回折層によって回折されたＸ線を透過させる少なくとも一つの透過層を含み、前記回折層と前記透過層は、前記毛細管の外郭から中心方向に交互に配置されて層状構造を形成することができる。
【００１５】
前記透過層は、炭素（Ｃ）、シリコン（Ｓｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、ポリマー、窒化物及び酸化物から選ばれる少なくとも一つを含むことができる。
【００１６】
前記集束装置は、特定の波長を有するＸ線をフィルタリングするために多数の結晶格子を含むことができる。
【００１７】
Ｘ線発生装置は、電子を放出する複数のエミッタ、及び前記エミッタから電子が放出されるように前記エミッタとの間に電場を形成するゲートを備える陰極部と、前記陰極部から放出された電子が衝突してＸ線を発生させるようにターゲットを備える陽極部とを含むことができる。
【００１８】
前記陰極部は平板状に形成され、平板状の前記陰極部の表面には前記エミッタをマトリックス状に配置することができる。
【００１９】
前記ターゲットは、Ｘ線の分散を防止するために凹凸状に形成することができる。
【００２０】
前記ターゲットは、Ｘ線を回折させるために少なくとも一つの回折層を備えることができる。
【００２１】
前記回折層は、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、鉛（Ｐｂ）及び白金（Ｐｔ）から選ばれる少なくとも一つを含むことができる。
【００２２】
前記ターゲットは、前記回折層によって回折されたＸ線を透過させる少なくとも一つの透過層を含み、前記回折層と前記透過層は、交互に配置されて凹凸状の層状構造を形成することができる。
【００２３】
前記透過層は、炭素（Ｃ）、シリコン（Ｓｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、ポリマー、窒化物及び酸化物から選ばれる少なくとも一つを含むことができる。
【００２４】
前記エミッタは、それぞれ独立的に制御可能である。
【００２５】
前記集束装置は、前記Ｘ線発生装置と平行に配置し、前記集束装置又は前記Ｘ線発生装置は、互いに平行方向に移動できるように配置することができる。
【００２６】
また、本発明の他の側面に係るＸ線発生装置は、平板状の陰極部；前記陰極部の表面にマトリックス状に配置されるエミッタ；前記エミッタから電子が放出されるように前記各エミッタ間に配置されるゲート；前記エミッタから放出された電子を加速させる陽極部；及び前記エミッタから放出された電子を衝突させ、Ｘ線を発生させるターゲット；を備えており、前記陰極部と前記陽極部との間には電場が形成され、前記ターゲットは、前記エミッタから放出された電子が加速される方向と平行な方向にＸ線を集束させるための凹凸部を備えることを特徴とする。
【００２７】
前記凹凸部は、Ｘ線を回折させるために少なくとも一つの回折層を備えることができる。
【００２８】
前記回折層は、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、鉛（Ｐｂ）及び白金（Ｐｔ）から選ばれる少なくとも一つを含むことができる。
【００２９】
前記ターゲットは、前記回折層によって回折されたＸ線を透過させる少なくとも一つの透過層を含み、前記回折層と前記透過層は、交互に配置されて凹凸状の層状構造を形成することができる。
【００３０】
前記透過層は、炭素（Ｃ）、シリコン（Ｓｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、ポリマー、窒化物及び酸化物から選ばれる少なくとも一つを含むことができる。
【００３１】
前記エミッタは、それぞれ独立的に制御可能である。
【００３２】
前記Ｘ線は、前記陽極部を透過し、前記Ｘ線発生装置から放出することができる。
【００３３】
前記Ｘ線は、前記陰極部を透過し、前記Ｘ線発生装置から放出することができる。
【００３４】
本発明の他の側面に係るＸ線発生装置は、２次元の平板上に配置される複数の電子発生素子；前記電子発生素子に対向するように配置され、前記電子発生素子から放出された電子を衝突させてＸ線を発生させるターゲット；を備えており、前記ターゲットは、Ｘ線を回折させる少なくとも一つの凹凸状の回折層；及び前記回折層の前方及び後方のうち少なくとも一つに結合され、前記回折層によって回折されたＸ線を透過させる少なくとも一つの透過層；を含むことを特徴とする。
【００３５】
前記回折層と前記透過層は交互に配置することができる。
【００３６】
前記回折層は、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、鉛（Ｐｂ）及び白金（Ｐｔ）から選ばれる少なくとも一つを含むことができる。
【００３７】
前記透過層は、炭素（Ｃ）、シリコン（Ｓｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、ポリマー、窒化物及び酸化物から選ばれる少なくとも一つを含むことができる。
【００３８】
前記電子発生素子は、それぞれ独立的に制御可能である。
【００３９】
前記ターゲットは複数の回折層を含み、前記各回折層間の距離は互いに同一であり得る。
【００４０】
本発明の更に他の側面に係るＸ線撮影システムは、Ｘ線を発生させるＸ線発生装置；前記Ｘ線発生装置から進行方向に放出され、被検査体を透過したＸ線を検出する検出装置；及び前記Ｘ線発生装置から放出されたＸ線を集束させる少なくとも一つの集束装置；を含み、前記集束装置は、前記Ｘ線発生装置と前記被検査体との間又は前記被検査体と前記検出装置との間に配置することができる。
【００４１】
前記集束装置は、互いに平行に進行方向に配置される縦軸を有する複数の毛細管を含み、前記毛細管は、前記毛細管を通過するＸ線を回折させる少なくとも一つの回折層と、前記回折層によって回折されたＸ線を透過させる少なくとも一つの透過層とを含み、前記回折層と前記透過層は、前記毛細管の外郭から中心方向に交互に配置されて層状構造を形成することができる。
【００４２】
前記毛細管は複数の回折層を含み、前記各回折層間の距離は互いに同一であり得る。
【００４３】
前記集束装置は、特定の波長を有して進行方向に移動するＸ線をフィルタリングするために多数の結晶格子を含むことができる。
【００４４】
前記集束装置又は前記Ｘ線発生装置は、互いに平行な方向に移動できるように配置することができる。
【００４５】
Ｘ線発生装置は、電子を放出する複数のエミッタ、及び前記エミッタから電子が放出されるように前記エミッタとの間に電場を形成するゲートを備える陰極部と、前記陰極部から放出された電子が衝突してＸ線を発生させるようにターゲットを備える陽極部とを含むことができる。
【００４６】
前記ターゲットは、異なる材質からなる複数の層を含むことができる。
【００４７】
前記層は、Ｘ線を回折させる少なくとも一つの回折層と、Ｘ線を透過させる少なくとも一つの透過層とを含み、前記回折層と前記透過層は、交互に配置されて凹凸状の層状構造を形成することができる。
【発明の効果】
【００４８】
本発明によると、Ｘ線の撮影のために十分な多量のＸ線を発生させることができ、互いに平行な方向にＸ線を高密度で集束させることができ、その結果、解像度を増加させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の一実施例に係るＸ線発生装置の主要構成を示した図である。
【図２】図１に示したターゲットの拡大図である。
【図３】図２に示したターゲットを通して発生したＸ線が陽極部又は陰極部に対して垂直な方向に集束される原理を示した図である。
【図４】Ｘ線発生装置の陽極部を透過し、Ｘ線発生装置から放出されるＸ線を示した図である。
【図５】Ｘ線発生装置の陰極部を透過し、Ｘ線発生装置から放出されるＸ線を示した図である。
【図６】本発明の一実施例に係るＸ線撮影システムの主要構成を示した図である。
【図７】図６の集束装置を構成する毛細管の拡大図である。
【図８】Ｘ線が図７に示した各毛細管のうち一つを通過しながら集束される原理を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００５０】
以下では、本発明の好適な実施例を添付の図面を参照して詳細に説明する。
【００５１】
図１は、本発明の一実施例に係るＸ線発生装置の主要構成を示した図である。
【００５２】
図１に示したように、Ｘ線発生装置１０は、電子を放出する複数のエミッタ２２、及びエミッタ２２から電子が放出されるように各エミッタ２２に強い電界を印加するゲート２４を備える陰極部２０と、陰極部２０から放出された電子が衝突してＸ線を発生させるようにターゲット３４を備える陽極部３０とを含む。
【００５３】
陰極部２０は、平板状の陰極基板２１と、陰極基板２１の表面にマトリックス状に配置される多数のエミッタ２２と、各エミッタ２２間にそれぞれ配置され、エミッタ２２から電子が放出されるようにエミッタ２２に電界を印加するゲート２４と、各エミッタ２２を個別的に制御するための電子制御部２６とを備える。
【００５４】
陰極基板２１は、高い電気絶縁を示すガラス又はシリコンからなり得る。
【００５５】
エミッタ２２としては、スピント（Ｓｐｉｎｄｔ）型電子発生素子を使用することができる。スピント型電子発生素子は円錐状に形成され、その先端は、約数十ナノメートル（nm
）の直径を有する。また、エミッタ２２としては、数十ナノメートル（nm）の微細な構造体を有する炭素ナノチューブ型電子発生素子を使用することもできる。このようなスピント型又は炭素ナノチューブ型電子発生素子に数十ボルト（Ｖ）ないし数百ボルト（Ｖ）の電圧を印加する場合、電界放出現象によって電子発生素子の先端から電子が放出される。
【００５６】
また、エミッタ２２としては、前記スピント型電子発生素子及び炭素ナノチューブ型電子発生素子の他にも、多様な種類の電子発生素子を使用することができる。例えば、ＭＴＭ（Ｍｅｔａｌ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ  Ｍｅｔａｌ）型素子、ＭＩＳ（Ｍｅｔａｌ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型素子を使用することができ、さらに、半導体のＰＮ接合型素子、ショットキー（Ｓｃｈｏｔｔｙ）接合型素子及びナノ炭素繊維からなるカーボン系薄膜素子などの全てのタイプの冷陰極型電子発生素子を使用することができる。
【００５７】
電子制御部２６は、例えば、マトリックスタイプの信号を用いて各エミッタ２２から放出される電子の量を個別的に制御することによって、各エミッタ２２から放出される電子の量をオン／オフ制御することができる。
【００５８】
このような冷陰極型電子発生素子をエミッタ２２として使用するＸ線発生装置１０は、陰極部２０を加熱せず、室温で電子発生素子に電圧を供給することによって電子を放出する。したがって、Ｘ線発生のための待機時間を必要としない。また、陰極部２０を加熱するための電力を必要としないので、陰極を加熱する方法に比べてＸ線をより効率的に放出することができる。各エミッタ２２は電子制御部２６によってオン／オフ制御されるので、各エミッタ２２を選択的に駆動することができ、また、高速応答動作を行うことができる。
【００５９】
陽極部３０は、平板状の陽極基板３１と、高電圧で維持される陽極３２と、陰極部２０から放出された電子を衝突させるためのターゲット３４とを備える。
【００６０】
陽極基板３１は、陰極基板２１に対応する形状に形成され、陰極基板２１と同様に、高い電気絶縁を示すガラス又はシリコンからなり得る。
【００６１】
陽極３２は、高電圧が印加される部分であって、各エミッタ２２から放出された電子を加速させてターゲット３４に衝突させる。
【００６２】
図２は、図１に示したターゲットの拡大図である。
【００６３】
図１及び図２に示したように、ターゲット３４は、微細な円錐状又はピラミッド型の凹凸状に形成される。このようにターゲット３４を凹凸状に形成することによって、各エミッタ２２から放出された電子が衝突するターゲット３４の有効な衝突面積が増加し（それらが垂直よりは対角線上にターゲット３４を通過するので）、その結果、発生したＸ線の量が増加し、陽極部３０の冷却効率が向上する。
【００６４】
図１の陽極部３０又は陰極部２０に対して実質的に垂直な方向に進行するＸ線を得るために、凹凸面３３と陽極部３０又は陰極部２０に対して垂直な直線Ｌ１との間の角度αは、実質的に０．１°ないし２°の範囲であることが望ましい。
【００６５】
また、凹凸状のターゲット３４は、交互に配置される複数の層３６を有する。複数の層３６は、Ｘ線を発生させる生成層３７と、発生したＸ線を回折させる回折層３９と、回折されたＸ線を透過させる透過層３８とを含む。
【００６６】
ターゲット３４の最外層、すなわち、電子が最初に衝突する部分には生成層３７が配置される。生成層３７は、最初の衝突時にＸ線を容易に発生させるために原子番号が十分に大きい元素からなり、タングステン（Ｗ）又はモリブデン（Ｍｏ）からなり得る。
【００６７】
生成層３７の後面には、生成層３７から発生したＸ線を回折させるために回折層３９が結合される。回折層３９は、Ｘ線の入射方向に基づいて特定の方向にＸ線を回折又は反射させるために原子番号が十分に大きい元素からなり、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、鉛（Ｐｂ）又は白金（Ｐｔ）からなり得る。
【００６８】
回折層３９の後面には、回折層３９によって回折されたＸ線を透過させるために透過層３８が結合される。透過層３８は、Ｘ線を反射又は吸収させないために原子番号が十分に小さい元素からなり、炭素（Ｃ）、シリコン（Ｓｉ）又はアルミニウム（Ａｌ）からなるか、ポリマー、窒化物又は酸化物からなり得る。
【００６９】
また、透過層３８の後面には、他の回折層３９と透過層３８を交互に配置することができる。透過層３８は、各回折層３９間に配置され、生成層３７と回折層３９との間又は各回折層３９間を通過するＸ線を回折させることができる。ターゲット３４は、回折層３９と透過層３８が交互に配置されて凹凸状の層状構造を有するように形成されることによって、透過されたＸ線は、平板状の陽極部３０又は陰極部２０に対して垂直な方向に集束させることができる。
【００７０】
ターゲット３４は、陽極部３０又は陰極部２０の平面に対して完全に垂直でないとしても、陽極部３０又は陰極部２０の平面に対してほぼ垂直にＸ線を集束させる。
【００７１】
図３は、図２に示したターゲットを通して発生したＸ線が陽極部又は陰極部に対して垂直な方向に集束される原理を示した図である。
【００７２】
図３に示したように、生成層３７と衝突する加速された電子から発生したＸ線は、生成層３７の後面に交互に配置される回折層３９と透過層３８を通過し、その結果、平板状の陽極部３０又は陰極部２０に対してほぼ垂直な方向に集束される。
【００７３】
生成層３７から発生したＸ線は、所定の方向性又は常に規則的な方向性を有しておらず、全ての方向に放出される。Ｘ線が全ての方向に放出される過程で、一部のＸ線は、生成層３７と回折層３９との間又は各回折層３９間の透過層３８を通過しながら回折されて特定の方向に進行し、回折層３９と衝突して１回以上反射された後、徐々に陽極部３０又は陰極部２０に対してほぼ垂直な方向に進行する。
【００７４】
上述したように、凹凸面３３は、陽極部３０又は陰極部２０に対して垂直な直線Ｌ１とほぼ平行であり、結果的に、生成層３７から発生したＸ線のうち、凹凸面３３とほぼ平行な方向に放出されるＸ線Ｂ１は、回折、反射、透過過程を繰り返しながら陽極部３０又は陰極部２０と実質的に垂直な方向に進行し、陽極基板３１と陽極３２を経てＸ線発生装置１０から放出される。その一方、生成層３７から発生したＸ線のうち、凹凸面３３と一定又はそれ以上の角度を形成するＸ線Ｂ２は、各回折層３９間で衝突による複数回の反射過程を通して急激にエネルギーを失い、その結果、Ｘ線発生装置１０から放出されずに吸収される。このように、ターゲット３４は、凹凸状の層状構造を有するように形成することによって、陽極部３０又は陰極部２０に対してほぼ垂直な方向にＸ線を集束させることができる。
【００７５】
また、本発明の他の実施例では、Ｘ線を集束させる過程で回折現象を用いるので、特定の波長を有するＸ線を集束させることができる。
【００７６】
Ｘ線の回折現象は、ブラッグの法則（Ｂｒａｇｇ’ｓ  ｌａｗ）に基づいている。
【００７７】
ｎ＊λ＝２＊ｄ＊ｓｉｎθ（ｎ＝整数、λ＝Ｘ線の波長、ｄ＝各回折層間の距離、θ＝入射されたＸ線と回折層との間の角度）
【００７８】
ここで、θが増加するほどＸ線と回折層３９との間の角度が増加し、その結果、Ｘ線が回折されずに反射される。このような理由により、θは一定又はそれ以下の範囲に限定され、各回折層３９間の距離ｄは一定の値に固定されるので、θとｄ値によって回折されるＸ線の波長λが特定される。したがって、各回折層３９間の距離ｄは、所望の波長帯範囲内の波長を有するＸ線のみを集束させるように調節することができる。この場合、消滅干渉現象の発生を防止するために各回折層３９間の距離ｄを均一に又は同一に維持しなければならない。このように特定の波長を有するＸ線を用いる場合、対象に対する精密な画像情報を獲得することができる。
【００７９】
図４は、Ｘ線発生装置の陽極部を透過し、Ｘ線発生装置から放出されるＸ線を示した図で、図５は、Ｘ線発生装置の陰極部を透過し、Ｘ線発生装置から放出されるＸ線を示した図である。
【００８０】
Ｘ線発生装置１０は、陽極部３０又は陰極部２０を透過するＸ線を使用することができる。
【００８１】
陽極部３０を透過するＸ線を使用する場合、図４に示したように、エミッタ２２から放出された電子は、陽極３２によって加速され、ターゲット３４の生成層３７に衝突する。電子が生成層３７と衝突するときに発生するＸ線は、凹凸状の層状構造を形成する回折層３９及び透過層３８を通過しながら、ターゲット３４を透過する方向（陽極部３０又は陰極部２０に対して垂直な方向）に進行し、結果的に、ターゲット３４、陽極３２及び陽極基板３１を順次透過してＸ線発生装置１０から放出される。
【００８２】
陽極３２及び陽極基板３１は、ガラス又はシリコンなどのようにＸ線を十分に透過させる材質、すなわち、著しい反射又は吸収のない材質で形成される。
【００８３】
陰極部２０を透過するＸ線を使用する場合、図５に示したように、エミッタ２２から放出された電子は、陽極３２によって加速され、ターゲット３４の生成層３７に衝突する。このときに発生したＸ線は、凹凸状の層状構造を形成する回折層３９及び透過層３８を通過したり、又は回折層３９から反射され、ターゲット３４から反射される方向（陽極部３０又は陰極部２０に対して垂直な方向）に進行し、陰極部２０を透過してＸ線発生装置１０から放出される。
【００８４】
陰極基板２１は、ガラス又はシリコンなどのＸ線を十分に透過させる材質で形成される。
【００８５】
このように陰極部２０を透過するＸ線を使用すると、陽極３２を冷却させるために用いられる冷却装置４２を制約なく陽極部３０の後方に結合することができ、電子加速性能と関係する陽極３２の厚さを増加させることができる。
【００８６】
以下では、本発明の実施例に係るＸ線発生装置１０を含むＸ線撮影システム１００を詳細に説明する。
【００８７】
図６は、本発明の一実施例に係るＸ線撮影システムの主要構成を示した図である。
【００８８】
図６に示したように、Ｘ線撮影システム１００は、Ｘ線を生成して放出するＸ線発生装置１０と、Ｘ線発生装置１０から放出されたＸ線を検出する検出装置６０と、Ｘ線発生装置１０から放出されたＸ線の分散を防止するためにＸ線発生装置１０と検出装置との間に位置する集束装置８０とを含む。
【００８９】
集束装置８０は、Ｘ線発生装置１０から放出された後、被写体に入射される前にＸ線を集束させたり、又は、被写体９０を通過した後、検出装置６０に入射される前にＸ線を集束させる。集束装置８０は、Ｘ線を完全に集束させるものではなく、Ｘ線の入射角に対するＸ線の出射角を実質的に減少させることによって、被写体９０又は検出装置６０に入射するＸ線が検出装置６０の平面に対してほぼ垂直である。入射角及び出射角は、集束装置８０又は検出装置６０の平面に対して垂直な方向に対する勾配を意味する。さらに、集束装置８０の平面に対して垂直な方向は、実際にはＸ線が最小の減衰で集束装置８０を通過する方向（Ｘ線の進行方向）であることに留意し、以下では、この方向を集束装置の軸方向という。例えば、検出装置６０に対する入射角の減少は、検出装置６０に入射するＸ線が検出装置６０の平面に対して垂直な方向に近づけることを意味する。
【００９０】
集束装置８０は、Ｘ線発生装置１０と検出装置６０との間に位置し、より詳細には、Ｘ線発生装置１０と被写体９０との間又は被写体９０と検出装置との間に少なくとも一つ配置される。
【００９１】
Ｘ線発生装置１０から放出されるＸ線は、Ｘ線発生装置１０から遠ざかるほど解像度が減少する。すなわち、Ｘ線がＸ線発生装置１０に対して垂直な直線Ｌ２と角度βを形成しながらＸ線発生装置１０から放出される場合、Ｘ線と直線Ｌ２との間の初期の距離ｄ１は小さい。しかし、Ｘ線がＸ線発生装置１０から遠ざかるほど、Ｘ線と直線Ｌ２との間の距離ｄ２が増加し（すなわち、Ｘ線は、Ｘ線発生装置から進行し、直線Ｌ２から発散され）、これは、これらＸ線から形成されたいずれかの画像の解像度減少につながる。これは、被写体９０を透過して検出装置６０に入射されるＸ線にも同一に適用される。集束装置８０は、Ｘ線発生装置１０と被写体９０との間又は被写体９０と検出装置６０との間に配置され、集束装置８０の軸方向は、検出装置６０に対して垂直な方向と平行なだけでなく、Ｘ線発生装置１０に対して垂直な方向と平行である。その結果、進行するＸ線の集束度を向上させることによって（結果的に、これらをより平行にする。）、解像度の減少を実質的に防止する。
【００９２】
したがって、本発明の他の実施例では、Ｘ線発生装置１０と検出装置６０との間に多数の集束装置８０を配置することによって、解像度を向上させることができる。ただし、後述するように、進行するＸ線が集束装置８０を通過する場合、一部のＸ線は集束装置８０によって吸収される。このような吸収のため、特別な実施例に使用される集束装置８０の数は、被写体９０に照射するのに使用される十分な量のＸ線が検出装置６０に到達し、所望の解像度で被写体９０の完全な画像を得る程度に残留するように制限される。その結果、使用目的及び所望の解像度の量に応じて、Ｘ線発生装置１０と検出装置６０との間に配置される集束装置８０の数を調整することができる。
【００９３】
また、集束装置８０の軸方向は、Ｘ線発生装置１０に対して垂直な方向と平行に配置され、Ｘ線発生装置１０に対して実質的に垂直な進行するＸ線のみを通過させる。Ｘ線発生装置１０及び集束装置８０は、互いに平行な方向にＸ線発生装置１０及び集束装置８０を微細に移動又はシフトさせるために移動装置１１、８１と連結することができる。
【００９４】
集束装置８０とＸ線発生装置１０が固定される場合、被写体９０の特徴部分のみに対する映像を得ることができる。その一方、集束装置８０又はＸ線発生装置１０を互いに協調して微細に移動又はシフトさせ、例えば、結果的に被写体９０の周囲に３６０°に完全に移動させることによって、被写体９０の全ての部分に対する映像を得ることができる。
【００９５】
一方、集束装置８０は、Ｘ線の進行方向に対して実質的に平行に配置される縦軸を有する複数の毛細管８２を含む。
【００９６】
図７は、図６の集束装置を構成する毛細管の拡大図である。
【００９７】
図７に示したように、複数の毛細管８２の縦軸は、互いに平行に配列される。各毛細管８２は、毛細管８２を通過するＸ線を回折させるための少なくとも一つの回折層８４と、Ｘ線を透過させる少なくとも一つの透過層８６とを含み、回折層８４と透過層８６は、毛細管８２の外郭から中心方向に交互に配置されて層状構造を形成する。透過層８６は、対応する各回折層８４間に配置され、各回折層８４間を通過するＸ線の通路となる。
【００９８】
回折層８４は、Ｘ線の入射方向に基づいて特定の方向にＸ線を回折又は反射させるために原子番号が十分に大きい元素からなり、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、鉛（Ｐｂ）又は白金（Ｐｔ）からなり得る。透過層８６は、Ｘ線を反射又は吸収させないために原子番号が十分に小さい元素からなり、炭素（Ｃ）、シリコン（Ｓｉ）又はアルミニウム（Ａｌ）からなるか、ポリマー、窒化物又は酸化物からなり得る。
【００９９】
毛細管８２は、回折層８４と透過層８６が交互に配置されて層状構造を有するように形成されることによって、Ｘ線発生装置１０又は検出装置６０の平面に対して垂直な方向、すなわち、毛細管８２の縦軸と平行にＸ線を集束させることができる。
【０１００】
図８は、Ｘ線が図７に示した毛細管のうち一つを通過しながら集束される原理を示した図である。
【０１０１】
図８に示したように、毛細管８２に入射したＸ線は、毛細管８２の長さ、すなわち、軸方向と平行な方向に集束されて放出される。
【０１０２】
上述したように、毛細管８２の縦軸は、Ｘ線発生装置１０に対して垂直な直線Ｌ２と実質的に平行である。このような構造により、毛細管８２に入射するＸ線のうち、毛細管８２の縦軸に対してほぼ平行な方向に進行するＸ線Ｂ３は、回折、反射、透過過程を繰り返す。これは、入射したＸ線と回折層３４との間の角度が図３を参照して説明した角度θなどの所定量より小さいために生じる。結果的に、Ｘ線Ｂ３が毛細管８２の縦軸に対して実質的に平行な方向に進行し、集束装置８０から放出される。その一方、毛細管８２に入射するＸ線のうち、毛細管８２と所定又はそれ以上の角度を形成するＸ線Ｂ４は、各回折層８４間で衝突によって反射されて急激にエネルギーを失う。その結果、Ｘ線Ｂ４は、集束装置８０から放出されずに吸収される。このように、集束装置８０を層状構造を有する毛細管８２によって形成することによって、集束装置８０の軸方向に対して実質的に平行にＸ線を効果的に集束させることができる。
【０１０３】
また、Ｘ線を集束する過程で回折現象を用いるので、特定の波長を有するＸ線を集束させることができ、Ｘ線の回折現象は、上述したブラッグの法則（Ｂｒａｇｇ’  ｌａｗ）に基づくので、それに対する説明は省略する。
【０１０４】
集束装置８０は、毛細管８２の代わりに多数の結晶格子を含むこともできる。結晶格子は、特定の波長を有するＸ線をフィルタリングして放出することができ、この場合、対象に対する精密な画像情報を獲得することができる。
【０１０５】
以上では、本発明のいくつかの実施例を図示して説明したが、この分野で熟練した者であれば、発明の原理及び思想から逸脱しない範囲でこれら実施例を変更可能であることを理解することができ、その範囲は、請求項及びその均等物内で定義される。 
【符号の説明】
【０１０６】
１０  Ｘ線発生装置
２０  陰極部
２２  エミッタ
３０  陽極部
６０  検出装置
８０  集束装置
９０  被写体
１００  Ｘ線撮影システム
【図１】
2014505261.tif 000003
【図２】
2014505261.tif 000004
【図３】
2014505261.tif 000005
【図７】
2014505261.tif 000006
【図８】
2014505261.tif 000007
【図４】
2014505261.tif 000008
【図５】
2014505261.tif 000009
【図６】
2014505261.tif 000010
【国際調査報告】
2014505261.tif 000011
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