(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子線を発生する電子源を含む陰極と、前記電子線の衝突によって発生したＸ線を前記電子線の入射方向に透過可能な透過型ターゲットを含む陽極と、前記電子線を前記透過型ターゲットに向けて集束させる集束電極と、を有するＸ線発生装置であって、
前記透過型ターゲットは、局所的に小さい厚さを有する第１領域と、前記第１領域よりも大きい厚さを有する第２領域と、を有し、
前記透過型ターゲットへの前記電子線の入射位置を前記第１領域と前記第２領域との間で切り替え可能に構成されている電子線偏向部を有し、
前記電子線偏向部は、Ｘ線焦点径の調整を行う調整モードと、Ｘ線を発生させるＸ線発生モードとを有し、前記調整モードでは前記電子線を前記第１領域に入射させ、前記Ｘ線発生モードでは前記電子線を前記第２領域に入射させる
ことを特徴とするＸ線発生装置。
【請求項２】
前記第１領域は、前記集束電極の中心軸の延長線上に位置付けられている
ことを特徴とする請求項１記載のＸ線発生装置。
【請求項３】
前記電子線偏向部は、前記電子線への磁場印加の有無によって、前記透過型ターゲットへの前記電子線の入射位置を前記第１領域と前記第２領域との間で切り替えるように構成されている
ことを特徴とする請求項１又は２記載のＸ線発生装置。
【請求項４】
前記第１領域及び前記第２領域は、前記集束電極の中心軸の同心円上に位置付けられている
ことを特徴とする請求項１記載のＸ線発生装置。
【請求項５】
前記電子線偏向部は、前記電子線に第１方向の磁場を作用させることによって前記電子線を前記第１領域に入射させ、前記電子線に前記第１方向とは異なる第２方向の磁場を作用させることによって前記電子線を前記第２領域に入射させるように構成されている
ことを特徴とする請求項１又は４記載のＸ線発生装置。
【請求項６】
前記電子線偏向部は、前記電子線に第１の大きさの磁場を作用させることによって前記電子線を前記第１領域に入射させ、前記電子線に前記第１の大きさとは異なる第２の大きさの磁場を作用させることによって前記電子線を前記第２領域に入射させるように構成されている
ことを特徴とする請求項１記載のＸ線発生装置。
【請求項７】
前記集束電極へ印加する電圧に関する情報と、前記透過型ターゲットから放出されるＸ線量に関する情報とを、関連付けた情報として取得する情報取得部を更に有する
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のＸ線発生装置。
【請求項８】
Ｘ線出射条件ごとにジャストフォーカス電圧を記録した電圧テーブルが更新可能である
ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のＸ線発生装置。
【請求項９】
前記第１領域は、凹部又は貫通孔である
ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のＸ線発生装置。
【請求項１０】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載のＸ線発生装置と、
前記Ｘ線発生装置から放射されたＸ線量を検出するＸ線検出装置と、
前記集束電極へ印加する電圧に関する情報と、前記Ｘ線検出装置から供給されるＸ線量に関する情報と、を関連付けた情報として取得する情報取得部と、を有する
ことを特徴とするＸ線撮影システム。
【請求項１１】
Ｘ線焦点径の調整を行う調整モードを有し、
前記調整モードにおいて、前記切り替え手段は、前記電子線を前記第１領域に入射させ、前記情報取得部は、複数の前記関連付けた情報から前記電圧と前記Ｘ線量との関係を取得し、前記関係に基づきジャストフォーカス電圧を決定する
ことを特徴とする請求項１０記載のＸ線撮影システム。
【請求項１２】
前記Ｘ線発生装置は、Ｘ線出射条件ごとのジャストフォーカス電圧を記録した電圧テーブルと、
前記電圧テーブルに基づいて、前記集束電極に印加する電圧を決定する制御部と、を更に有する
ことを特徴とする請求項１１記載のＸ線撮影システム。
【請求項１３】
前記Ｘ線発生装置は、前記情報取得部が取得した情報に基づいて、前記電圧テーブルを更新する
ことを特徴とする請求項１２記載のＸ線撮影システム。
【請求項１４】
被検体の透過Ｘ線像を撮影する撮影モードを有し、
前記撮影モードにおいて、前記切り替え手段は、前記電子線を前記第２領域に入射させることによりＸ線を発生させ、前記Ｘ線検出装置は、前記Ｘ線発生装置から放出されて被検体を透過したＸ線を検出する
ことを特徴とする請求項１０乃至１３のいずれか１項に記載のＸ線撮影システム。
【請求項１５】
電子線を発生する電子源を含む陰極と、前記電子線の衝突によって発生したＸ線を前記電子線の入射方向に透過可能な透過型ターゲットを含む陽極と、前記電子線を前記透過型ターゲットに向けて集束させる集束電極と、を有するＸ線発生装置におけるＸ線焦点径の調整方法であって、
前記透過型ターゲットに形成された局所的に小さい厚さを有する第１領域に前記電子線を入射させた状態で前記集束電極への印加電圧を変化させ、
前記集束電極への印加電圧と前記透過型ターゲットから放出されるＸ線量との関係を取得し、前記関係に基づきジャストフォーカス電圧を決定する
ことを特徴とするＸ線焦点径の調整方法。
【請求項１６】
前記第１領域よりも大きな厚さを有する前記透過型ターゲットの第２領域への前記電子線の累積照射時間が所定時間を経過する毎に、前記ジャストフォーカス電圧を更新する
ことを特徴とする請求項１５記載のＸ線焦点径の調整方法。
【請求項１７】
前記第１領域よりも大きな厚さを有する前記透過型ターゲットの第２領域から発生するＸ線量が所定の量以下となった場合に、前記ジャストフォーカス電圧を更新する
ことを特徴とする請求項１５又は１６記載のＸ線焦点径の調整方法。
【請求項１８】
請求項１５乃至１７のいずれか１項に記載のＸ線焦点径の調整方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。
【請求項１９】
請求項１８記載のプログラムを記録したコンピュータが読み取り可能な記録媒体。
【請求項２０】
前記第１領域の厚さは、前記第１領域の重心に向かって連続的又は段階的に減少している
ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載のＸ線発生装置。
【請求項２１】
前記電子線が入射することによって前記Ｘ線発生装置の外へ放出されるＸ線量は、前記第１領域よりも前記第２領域の方が大きい
ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載のＸ線発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線発生装置及びＸ線撮影システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
工業用の非破壊検査装置の一つとして、Ｘ線撮影システムが知られている。例えば、半導体集積回路基板に代表される電子デバイスの検査には、マイクロフォーカスＸ線管を備えたＸ線検査装置が用いられている。Ｘ線管は、陽極と陰極との間にＸ線エネルギーに応じた所定の電位差の高電圧を印加し、この高電圧で加速した電子をターゲットに照射することによって、ターゲットからＸ線を放出させるＸ線源である。【０００３】
Ｘ線撮影システムにおける分解能は、Ｘ線焦点径が小さいほど向上する。そこで従来、Ｘ線焦点径を微小化するための様々な技術が提案されている。特許文献１には、電子線がターゲットに照射されてＸ線が発生したとしても、そのＸ線が電子線の照射側とは反対側まで透過できない（ターゲット内部で吸収されてしまう）ほど大きい厚さを有するターゲットに、微小な凹部（Ｘ線低吸収率部位）を設けることによって、ターゲットへの電子線の入射領域（電子線のスポット）の寸法によらず、このＸ線低吸収率部位の径寸法に基づくＸ線焦点径を実現する技術が提案されている。また、特許文献２には、ターゲットの電子線照射側にターゲットを電子線から遮るシールド層を設け、そのシールド層に微小な開口部を設けることで、電子線のスポット径によらず、この開口部の径寸法に基づくＸ線焦点径を実現する技術が提案されている。【０００４】
このように、特許文献１及び特許文献２に記載された技術において、Ｘ線発生装置のＸ線焦点径は、ターゲットやターゲット積層構造体に予め形成された凹部や開口部の径寸法によって規定される。そのため、ターゲットやターゲット積層構造体に所望のＸ線焦点径寸法の微細加工を施す必要があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２０１６／１２５２８９号公報
【特許文献２】特開２００５−３３２６２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このような凹部や開口部の寸法に依存せず、Ｘ線焦点径を微小化させる方法としては、ターゲット平面への電子線の入射領域（スポット）を小さくする方法がある。電子線のスポット径は、Ｘ線出射条件（管電圧及び管電流）と、電子源を含む陰極からターゲットを含む陽極に向かう電子を集束させる集束電極への印加電圧（フォーカス電圧）とに依存する。Ｘ線出射条件は、被検体に合わせて決まるため、所望のＸ線出射条件に対し、フォーカス電圧を調整することによって電子線のスポット径を縮小させる。フォーカス電圧の調整は、所望のＸ線出射条件下で集束電極に種々の電圧を印加してＸ線透過画像を取得し、それぞれのＸ線透過画像を画像処理して解像度を緻密に比較し、最も解像度が高くなるフォーカス電圧（ジャストフォーカス電圧）を特定することによって行っていた。しかしながら、このフォーカス電圧の調整方法は、非常に手間がかかる。【０００７】
本発明の目的は、Ｘ線焦点径を容易に縮小しうるＸ線発生装置及びＸ線撮影システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一観点によれば、電子線を発生する電子源を含む陰極と、前記電子線の衝突によって発生したＸ線を前記電子線の入射方向に透過可能な透過型ターゲットを含む陽極と、前記電子線を前記透過型ターゲットに向けて集束させる集束電極と、を有するＸ線発生装置であって、前記透過型ターゲットは、局所的に小さい厚さを有する第１領域と、前記第１領域よりも大きい厚さを有する第２領域と、を有し、前記透過型ターゲットへの前記電子線の入射位置を前記第１領域と前記第２領域との間で切り替え可能に構成されている電子線偏向部を有し、前記電子線偏向部は、Ｘ線焦点径の調整を行う調整モードと、Ｘ線を発生させるＸ線発生モードとを有し、前記調整モードでは前記電子線を前記第１領域に入射させ、前記Ｘ線発生モードでは前記電子線を前記第２領域に入射させるＸ線発生装置が提供される。
【０００９】
また、本発明の他の一観点によれば、電子線を発生する電子源を含む陰極と、前記電子線の衝突によって発生したＸ線を前記電子線の入射方向に透過可能な透過型ターゲットを含む陽極と、前記電子線を前記透過型ターゲットに向けて集束させる集束電極と、を有するＸ線発生装置におけるＸ線焦点径の調整方法であって、前記透過型ターゲットに形成された局所的に小さい厚さを有する第１領域に前記電子線を入射させた状態で前記集束電極への印加電圧を変化させ、前記集束電極への印加電圧と前記透過型ターゲットから放出されるＸ線量との関係を取得し、前記関係に基づきジャストフォーカス電圧を決定するＸ線焦点径の調整方法が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、Ｘ線焦点径を容易に縮小することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施形態によるＸ線発生装置の構成例を示す概略断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態によるＸ線発生装置の構成例を示す平面図である。
【図３】本発明の第１実施形態によるＸ線発生装置におけるターゲットの構成例を示す概略断面図である。
【図４】電子線のスポットと焦点位置との関係を示す概略図である。
【図５】集束電極への印加電圧とＸ線量との関係を示すグラフである。
【図６】本発明の第１実施形態によるＸ線発生装置におけるＸ線焦点径の調整方法を示すフローチャートである。
【図７】本発明の第２実施形態によるＸ線発生装置の構成例を示す平面図である。
【図８】本発明の第３実施形態によるＸ線発生装置の構成例を示す平面図である。
【図９】本発明の第４実施形態によるＸ線撮影システムの概略構成を示すブロック図である。
【図１０】本発明の第４実施形態によるＸ線撮影システムにおけるＸ線焦点径の調整方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態によるＸ線発生装置の概略構成について、図１を用いて説明する。図１は、本実施形態によるＸ線発生装置の構成例を示す概略断面図である。
【００１３】
本実施形態によるＸ線発生装置１００は、図１に示すように、Ｘ線管２０と、駆動回路５０と、制御部６０と、電子線偏向部７０と、記憶装置８０と、を有する。これらのうち少なくともＸ線管２０及び駆動回路５０は、収納容器１０内に配置することが好ましい。収納容器１０には、その中に配された各部間の絶縁耐圧を確保するために、絶縁油９０が充填されうる。絶縁油９０としては、鉱油、シリコーン油、フッ素系油などの電気絶縁油が好ましい。絶縁油の代わりに樹脂を用いてもよい。定格の管電圧が１００ｋＶ程度のＸ線管２０を用いたＸ線発生装置には、取扱いが易しい鉱油が好ましく適用される。
【００１４】
Ｘ線管２０は、電子源２２と、グリッド電極２４と、集束電極２６と、陽極２８と、を有する。陰極は、電子源２２を有する。陽極２８は、陽極部材３０と、ターゲット３２と、ターゲット支持体３４と、を有する。電子源２２、グリッド電極２４及び集束電極２６は、駆動回路５０に接続されており、駆動回路５０から各々に所望の制御電圧が印加される。陽極２８は、グラウンド電位に保持された収納容器１０に接続されている。
【００１５】
電子源２２は、特に限定されるものではないが、例えば、タングステンフィラメントや含浸型カソードのような熱陰極、カーボンナノチューブ等の冷陰極を適用することができる。ターゲット３２を構成する材料は、融点が高くＸ線発生効率の高い材料が好ましく、例えば、タングステン、タンタル、モリブデン及びそれらの合金等を適用することができる。本発明で用いるターゲット３２は、発生したＸ線を電子の照射側と反対側へ透過可能な厚みを有する透過型ターゲットである。ターゲット支持体３４は、ターゲット３２を支持するとともに、ターゲット３２から外部にＸ線を放射するためのＸ線透過窓を構成する。ターゲット支持体３４を構成する材料は、Ｘ線の透過性及び熱伝導性の高い材料が好ましく、例えばダイヤモンドを適用することができる。熱伝導性の高い材料を用いることには、電子線照射によるターゲット３２の温度上昇を抑制し、ターゲット３２の劣化を低減する効果がある。
【００１６】
電子源２２から放出された電子を陽極２８との間の高電圧で加速して電子線とし、陽極２８に設けられたターゲット３２に衝突させることにより、ターゲット３２にてＸ線が発生する。ターゲット３２から放射されるＸ線量は、ターゲット３２に照射される電子線量によって制御することができる。ターゲット３２に照射される電子線量は、グリッド電極２４に印加するグリッド電圧によって制御することができる。また、電子線のスポット径は、集束電極２６に印加するフォーカス電圧によって制御することができる。
【００１７】
電子線偏向部７０は、Ｘ線管２０の管外（外側）であって、陰極と陽極２８との間に設けられる。例えば、電子線偏向部７０は、集束電極２６とターゲット３２との間に設けられる。そして、電子線偏向部７０は、Ｘ線管２０の内部に生成された電子線に磁場を作用させ、ターゲット３２に入射する電子線の軌道を偏向する機能を備え、電子線の入射位置の切り替えを行えるように構成されている。電子線偏向部７０は、永久磁石であってもよいし、電磁石であってもよい。例えば、図１に示すように、電子線偏向部７０は、２つの永久磁石を備え、２つの永久磁石は、一方の永久磁石のＳ極と他方の永久磁石のＮ極とが管径方向に対向するようにＸ線管２０の周囲に配置されてよい。或いは、電子線偏向部７０は、磁極が管径方向に向くようにＸ線管２０の周囲に配置された１つの永久磁石であってもよい。
【００１８】
なお、電子線偏向部７０は、電子線がターゲット３２に入射する位置を２地点の間で切り替えられれば、どのような構成であってもよい。例えば、電子線偏向部７０は、着脱可能に構成されていてもよいし、或いは、回転可能に構成されていてもよい。例えば、電子線偏向部７０が永久磁石の場合には、電子線偏向部７０は、ネジやバネによって留められることによって、Ｘ線発生装置１００に取り外し可能に構成されていてよい。電子線偏向部７０が電磁石の場合には、電磁石に電流を流す電源をＯＮ・ＯＦＦ可能に構成されていてよい。電子線偏向部７０がモータなどを備えた回転機構や移動機構などを備えることによって、電子線に作用させる電子線偏向部７０の磁場の強さや向きを変えることができるように電子線偏向部７０を構成してもよい。
【００１９】
駆動回路５０は、高電圧発生回路、電子源駆動回路、グリッド電圧制御回路、フォーカス電圧制御回路（いずれも図示せず）等を含む。高電圧発生回路は、Ｘ線管２０の陽極２８と陰極（電子源２２）との間に印加する高電圧を生成する。電子源駆動回路は、電子源２２に供給する電圧や電流を制御する。グリッド電圧制御回路は、グリッド電極２４に供給するグリッド電圧を制御する。フォーカス電圧制御回路は、集束電極２６に供給するフォーカス電圧を制御する。制御部６０は、駆動回路５０に接続されている。制御部６０は、駆動回路５０に、高電圧発生回路、電子源駆動回路、グリッド電圧制御回路、フォーカス電圧制御回路、電子線偏向部７０（回転機構や移動機構を備えていてもよい）等を制御するための制御信号を供給する。記憶装置８０は、種々のＸ線出射条件と、その条件におけるジャストフォーカス電圧とを関連付けて記録した電圧テーブルを格納している。
【００２０】
次に、図２及び図３を用いて、第１実施形態のＸ線発生装置における特徴的な構造を説明する。図２は、第１実施形態のＸ線発生装置１００の構造を示す平面図である。図２には、電子線の進行方向（Ｚ軸方向）に対して垂直な面（Ｘ−Ｙ面に平行な面）における第１実施形態のＸ線発生装置１００の平面図を示している。図１のＸ線管２０の部分の断面図は、図２のＡ−Ａ′線断面図に相当する。
【００２１】
第１実施形態におけるＸ線発生装置１００に設けられているターゲット３２は、厚さが局所的に小さい薄膜部３６を有している。そして、この薄膜部３６は、集束電極２６の中心軸（光軸）の延長線上に位置している。
【００２２】
更に、第１実施形態におけるＸ線発生装置１００は、ターゲット３２に向かう電子線に磁場を作用させない状態と、磁場を作用させる状態とを切り替え可能に構成された電子線偏向部７０を有する。薄膜部３６は、集束電極２６の中心軸（光軸）の延長線上に位置しているため、集束電極２６によって集束させられた電子線に対して電子線偏向部７０により磁場を作用させない場合、集束電極２６により集束された電子線はターゲット３２の薄膜部３６に入射する。一方、集束電極２６によって集束させられた電子線に対して電子線偏向部７０により磁場を作用させる場合、電子線はローレンツ力を受けて偏向し、電子線照射部４２に入射する。言い換えると、電子線偏向部７０は、ターゲット３２への電子線の入射位置を、ターゲット３２において厚さが局所的に小さい領域である第１領域（薄膜部３６）と、ターゲット３２において第１領域とは異なる領域である第２領域（電子線照射部４２）との間で切り替える切り替え手段である。
【００２３】
電子線偏向部７０は、電子線の入射位置を２地点（薄膜部３６及び電子線照射部４２）の間で切り替えられれば、どのような構成であってもよく、例えば電磁石である。別の例としては、電子線偏向部７０は、ネジやバネによって係止されることによって、Ｘ線発生装置１００に着脱可能に構成された永久磁石であってもよい。図１に、２つの永久磁石を備えた電子線偏向部７０が示されている。２つの永久磁石は、一方の永久磁石のＳ極と他方の永久磁石のＮ極とが管径方向に対向するようにＸ線管２０の周囲に配置されている。なお、Ｘ線管２０の周囲に配置される永久磁石はただ１つであってもよい。その他の例としては、電子線偏向部７０とＸ線管２０との間に配置／除去可能に構成された磁場を遮蔽する遮蔽板を設けてもよい。
【００２４】
図３は、電子線照射部４２及び薄膜部３６を有するターゲット３２の構成例を示す断面図である。電子線照射部４２は、電子線の入射方向にＸ線が透過可能な膜厚、すなわち、電子線の入射面とは反対側のターゲット支持体３４の側にＸ線を取り出すことができる膜厚を有する。電子線照射部４２の膜厚は、例えば１０マイクロメートル以下、より好ましくは５マイクロメートル以下である。一方、薄膜部３６は、電子線照射部４２と比較してターゲット３２の膜厚が薄くなるように構成されていれば、特に限定されるものではない。例えば、薄膜部３６は、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、ターゲット３２に設けられた凹部３８によって構成されうる。図３では、凹部３８はターゲット支持体３４と対向する側に形成されているが、ターゲット支持体３４側に存在してもよいし、両側に存在してもよい。また、薄膜部３６は、図３（ｃ）及び図３（ｄ）に示すように、ターゲット３２に設けられた貫通孔４０によって構成されうる。貫通孔４０は、ターゲット３２の薄膜部３６の膜厚が０の場合に相当する。
【００２５】
本発明の薄膜部３６におけるターゲット３２の厚さは、薄膜部３６の重心（中心軸）に向かって連続的に或いは段階的に減少していることが望ましい。薄膜部３６がこのような厚さを有することによって、下記にて詳細に説明する、フォーカス電圧とＸ線量との関係が鮮明になり、ジャストフォーカス電圧をより特定しやすくなる。また、薄膜部３６の形状は、中心軸に対して回転対称であることが望ましい。例えば、薄膜部３６は、図３（ａ）及び図３（ｃ）に示すように、矩形状の凹部３８や貫通孔４０によって構成されうる。或いは、薄膜部３６は、図３（ｂ）及び図３（ｄ）に示すように、略球面状の凹部３８や貫通孔４０によって構成されうる。
【００２６】
ターゲット３２の薄膜部３６は、Ｘ線発生装置の組み立て前に機械的な加工によって予めターゲット３２に形成されたものでもよいし、或いは、Ｘ線発生装置の組み立て後、ターゲット３２に意図的に電子線を過剰に照射することによって形成してもよい。本発明の薄膜部３６は、下記で詳細に説明するように、Ｘ線焦点径を直接規定するものではないため、薄膜部３６の径（面積）は、所望の電子線のスポット径（面積）より大きくても、小さくてもよい。よって、従来技術においてＸ線焦点径を直接規定する凹部や開口部をターゲット３２やターゲット積層構造体に形成するための精密な微細加工は不要である。
【００２７】
次に、本発明のＸ線焦点径の調整方法の概念について、図４乃至図６を用いて説明する。
【００２８】
本発明におけるターゲット３２は、電子線の入射方向にＸ線が透過可能な膜厚、すなわち、電子線の入射面とは反対側のターゲット支持体３４の側にＸ線を取り出すことができる膜厚を有する。このようなターゲット３２を用いる場合、Ｘ線管２０から放出されるＸ線の焦点径は、ターゲット３２に入射する電子線のスポット径に依存して変化する。すなわち、電子線のスポット径が大きいほどＸ線焦点径は大きくなり、電子線のスポット径が小さいほどＸ線焦点径は小さくなる。Ｘ線焦点径を小さくするには、ターゲット３２に入射する電子線のスポット径を小さくする必要がある。そして、電子線のスポット径は、電子線の焦点がターゲット３２上に位置する状態で最小となる。
【００２９】
図４は、本発明の第１実施形態のＸ線発生装置１００を用いて、電子線偏向部７０が電子線に磁場を作用させない状態で、集束電極２６に異なるフォーカス電圧を印加した場合に、電子線４４の焦点位置が異なることを示す模式図である。図４（ａ）は、フォーカス電圧がＡの場合で、電子線４４の焦点がターゲット３２よりも電子源２２側に位置する（オーバーフォーカスの状態）である。図４（ｂ）は、フォーカス電圧がＢ（ジャストフォーカス電圧）の場合で、電子線４４の焦点がターゲット３２上に位置する（ジャストフォーカスの状態）である。図４（ｃ）は、フォーカス電圧がＣの場合で、電子線４４の焦点がターゲット３２よりも電子源２２から離れた場所に位置する（アンダーフォーカスの状態）である。
【００３０】
フォーカス電圧がＢの場合（ジャストフォーカスの状態）は、フォーカス電圧がＡやＣの場合よりも、電子線のスポットに占める薄膜部３６の割合が多くなる。薄膜部３６はターゲット３２に凹部３８や貫通孔４０が設けられた領域であり、薄膜部３６におけるターゲット原子の量はその周囲の領域におけるターゲット原子の量よりも少ない。したがって、フォーカス電圧がＢ（ジャストフォーカス電圧）に近づくにつれ、ターゲット３２から放出されるＸ線量は減少する。
【００３１】
図５（ａ）は、本発明の第１実施形態のＸ線発生装置１００を用いて、電子線偏向部７０が電子線に磁場を作用させない状態（すなわち、電子線がターゲット３２の薄膜部３６に入射するように電子線軌道（電子線の中心軸）を固定した状態）において、ターゲット３２から放出されるＸ線量と集束電極２６に印加するフォーカス電圧との関係の一例を示すグラフである。上記にて説明したように、フォーカス電圧がＢ（ジャストフォーカス電圧）に近づくにつれ、ターゲット３２から放出されるＸ線量は減少する。これは、電子線のスポットが小さくなるほど、電子線のスポットに薄膜部３６が占める割合が大きくなるためである。薄膜部３６におけるターゲット３２の厚さが、薄膜部３６の重心（中心軸）に向かって連続的に或いは段階的に減少していると、ジャストフォーカス電圧付近におけるX線量の変化量がより大きくなり、ジャストフォーカス電圧の特定をより容易に行なうことができる。
【００３２】
一方、図５（ｂ）は、比較例として、電子線が一定の厚みを有するターゲット（すなわち、薄膜部３６が形成されていないターゲット）３２に入射している状態において、ターゲット３２から放出されるＸ線量と集束電極２６に印加するフォーカス電圧との関係を示すグラフである。この場合、ターゲット３２から放出されるＸ線量は、フォーカス電圧によらず一定である。
【００３３】
したがって、ターゲット３２の薄膜部３６に電子線を入射したときに放出されるＸ線量を最小化するフォーカス電圧が、電子線のスポット径を最小化すると同時に、Ｘ線焦点径を最小化するジャストフォーカス電圧である。
【００３４】
つまり、本発明におけるＸ線焦点径の調整方法は以下の通りである。図６は、本実施形態によるＸ線発生装置におけるＸ線焦点径の調整方法を示すフローチャートである。まず、電子線をターゲット３２の薄膜部３６に入射させる（ステップＳ１０１）。次に、集束電極２６に複数のフォーカス電圧を印加し、Ｘ線発生装置１００から放出される各Ｘ線量を、Ｘ線発生装置１００の外部に設けられたＸ線検出器（線量計など）によって測定する。そして、複数のフォーカス電圧に関する情報と、複数の対応するＸ線量に関する情報とを、複数の関連付けた情報として取得する（ステップＳ１０２）。複数の関連付けた情報に基づき、Ｘ線量を最小化するフォーカス電圧をジャストフォーカス電圧として特定する（ステップＳ１０３）。ジャストフォーカス電圧を特定する際、複数の関連付けた情報に基づき、フォーカス電圧とＸ線量との関係を取得し、ジャストフォーカス電圧を算出してもよい。
【００３５】
第１実施形態の薄膜部３６は、集束電極２６の中心軸（光軸）の延長線上に位置しているため、電子線の入射位置を薄膜部３６に切り替えるにあたっては、例えば、永久磁石をＸ線発生装置１００から取り外すことによって行ってもよいし、電磁石に印加する電流を停止することによって行ってもよい。
【００３６】
通常、Ｘ線発生装置には、種々のＸ線出射条件と、その条件におけるジャストフォーカス電圧とを関連付けて記録した電圧テーブルが格納されている。従来、この電圧テーブルを作成するためには、種々のＸ線出射条件においてフォーカス電圧が異なる複数のＸ線透過画像を取得し、それぞれのＸ透過画像を画像処理して分解能を緻密に比較し、最も分解能が高くなるジャストフォーカス電圧を特定する必要があった。
【００３７】
これに対し、第１実施形態によるＸ線発生装置１００においては、各々のＸ線出射条件に対して、ターゲット３２の薄膜部３６に電子線を入射したときに放出されるＸ線量が最少となるフォーカス電圧を見つけるだけでよい。したがって、第１実施形態によるＸ線発生装置１００においては、電圧テーブルの作成にあたって精度の高い画像処理は不要であり、電圧テーブルの作成を簡略化することができる。
【００３８】
また、電圧テーブルの作成が容易になったため、電圧テーブルを定期的に更新することも可能である。これにより、装置の予期せぬ経時変化によりジャストフォーカス電圧が変化したとしても、長期間に亘って高い解像度を維持することができる。
【００３９】
一方、第１実施形態によるＸ線発生装置を用いてＸ線撮影等を行う際（Ｘ線発生モード）には、電子源２２から放出された電子線を電子線偏向部７０により偏向させ、電子線の入射位置をターゲット３２の電子線照射部４２に切り替える（すなわち、電子線がターゲット３２の薄膜部３６に入射するように電子線軌道（電子線の中心軸）を固定）。また、制御部６０は、記憶装置８０に格納されている電圧テーブルを参照し、所定のＸ線出射条件に応じたジャストフォーカス電圧を集束電極２６に印加する。
【００４０】
なお、本実施形態では、電子線偏向部７０によって偏向させない状態の電子線を薄膜部３６に照射し、電子線偏向部７０によって偏向させた電子線を電子線照射部４２に照射する場合を例示したが、電子線を照射する領域は逆であってもよい。
【００４１】
このように、本実施形態によれば、Ｘ線焦点径を容易に縮小することができる。
【００４２】
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態によるＸ線発生装置について、図７を用いて説明する。第１実施形態によるＸ線発生装置と同様の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略し或いは簡潔にする。図７は、本実施形態によるＸ線発生装置の構成例を示す平面図である。
【００４３】
第１実施形態では、集束電極２６によって集束させられた電子線への磁場の作用の有無によって、電子線のターゲット３２への入射位置を切り替えた。第２実施形態では、電子線に作用させる磁場の向きを変えることで、電子線のターゲット３２への入射位置を切り替える実施形態を説明する。
【００４４】
第２実施形態による電子線偏向部７０は、電子線を偏向するために印加する磁場の向きが、集束電極２６の中心軸（光軸）を軸として回転できるように構成されている。例えば、Ｘ線管２０を挟んで対向する一対の電子線偏向部７０は、集束電極２６の中心軸を軸として回転させるためにモータ等を備えた回転機構を備えることができる。このように構成することで、一対の電子線偏向部７０の間に生じる磁場の向きを、集束電極２６の中心軸を軸として回転させることができる。図７には、Ｘ線管２０を挟んで対向する一対の電子線偏向部７０が、集束電極２６の中心軸を軸として、３０度刻みで回転するように構成されている場合を例示している。
【００４５】
電子線偏向部７０が図７に示す位置にあるとき、電子源２２から放出された電子線はローレンツ力を受けて偏向し、ターゲット３２の電子線照射部４２に入射する。この電子線照射部４２は、電子線偏向部７０の位置に応じて変化する。電子線偏向部７０が３０度刻みで回転するように構成されていた場合、図７に●印及び○印で示すように、電子線照射部４２の位置も集束電極２６の中心軸を軸として３０度刻みで回転した箇所に位置する。
【００４６】
第２実施形態では、電子線偏向部７０を回転させることに伴って電子線が入射し得る任意の箇所に、厚さが局所的に薄い薄膜部３６を設けている。例えば、図７の例では、電子線偏向部７０を電子線偏向部７０′の位置まで移動したときに電子線が入射する位置を、薄膜部３６としている。
【００４７】
ターゲット３２をこのように構成することにより、電子線偏向部７０により電子線に印加する磁場の向きを変更するだけで、電子線が入射する位置を薄膜部３６と電子線照射部４２との間で容易に切り替えることができる。また、長時間の使用によってターゲット３２の電子線照射部４２が劣化（すなわち、膜厚の減少）した場合には、劣化した電子線照射部４２を新しい薄膜部３６として利用してもよい。その場合、電子線偏向部７０によって偏向させた電子線が入射し得る劣化していないターゲット領域を新しい電子線照射部４２として設定する。そして、電子線偏向部７０により印加する磁場の向きを変更するだけで、電子線の入射位置を新しい電子線照射部４２に切り替えることができる。
【００４８】
なお、本実施形態では、電子線偏向部７０を永久磁石により構成し、回転機構を用いて電子線偏向部７０を回転する例を示したが、電子線偏向部７０を電磁石により構成するようにしてもよい。また、電磁石により構成された電子線偏向部７０を複数組配置し、電子線偏向部７０を回転する代わりに、任意の電磁石に通電して所望の方向の磁場を形成するようにしてもよい。
【００４９】
このように、第２実施形態においても、第１実施形態と同様の原理で、精度の高い画像処理を行わずに、Ｘ線焦点径を容易に縮小させることができる。
【００５０】
［第３実施形態］
第１実施形態では、集束電極２６によって集束させられた電子線への磁場の作用の有無によって、電子線のターゲット３２への入射位置を切り替えた。また、第２実施形態では、電子線に作用させる磁場の向きを変えることで、電子線のターゲット３２への入射位置を切り替えた。第３実施形態では、電子線に作用させる磁場の大きさを変えることで、電子線のターゲット３２への入射位置を切り替える実施形態について説明する。
【００５１】
第３実施形態による電子線偏向部７０は、電子線を偏向するために印加する磁場の大きさを変更可能に構成されている。例えば、電磁石に印加する電流を変化させたり、設置する永久磁石の数を変化させたりすることで、電子線に作用させる磁場の大きさを変化させることができる。すなわち、電子線偏向部７０を永久磁石により構成する場合あっては、永久磁石の数を増やすことにより、電子線に作用させる磁場の大きさを大きくすることができる。電子線偏向部７０を電磁石により構成する場合あっては、電磁石に印加する電流を増加することにより、電子線に作用させる磁場の大きさを大きくすることができる。電子線に作用させる磁場の大きさを大きくすることで、電子が受けるローレンツ力も大きくなり、電子線の偏向量はより大きくなる。
【００５２】
図８は、電子線偏向部７０により印加する磁場を、第１の大きさと、第１の大きさとは異なる第２の大きさとに変化した場合における、ターゲット３２への電子線の照射位置を模式的に示したものである。図８には、電子線に作用させる磁場を第１の大きさに設定することにより電子線を薄膜部３６に入射し、電子線に作用させる磁場を第１の大きさよりも大きい第２の大きさに設定することにより電子線を電子線照射部４２に入射する例を示している。この場合、薄膜部３６は、電子線照射部４２よりも集束電極２６の中心軸に近い側に位置することになる。
【００５３】
電子線に作用させる磁場を第１の大きさに設定することにより電子線を薄膜部３６に入射し、電子線に作用させる磁場を第１の大きさよりも小さい第２の大きさに設定することにより電子線を電子線照射部４２に入射するようにしてもよい。この場合、薄膜部３６は、電子線照射部４２よりも集束電極２６の中心軸から遠い側に位置することになる。
【００５４】
ターゲット３２をこのように構成することにより、電子線偏向部７０により電子線に印加する磁場の大きさを変更するだけで、電子線が入射する位置を薄膜部３６と電子線照射部４２との間で容易に切り替えることができる。
【００５５】
このように、第３実施形態においても、第１実施形態と同様の原理で、精度の高い画像処理を行わずに、Ｘ線焦点径を容易に縮小させることができる。
【００５６】
［第４実施形態］
本発明の第４実施形態によるＸ線撮影システムについて、図９及び図１０を用いて説明する。第１及び第２実施形態によるＸ線発生装置と同様の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略し或いは簡潔にする。
【００５７】
はじめに、本実施形態によるＸ線撮影システムの概略構成について、図９を用いて説明する。図９は、本実施形態によるＸ線撮影システムの概略構成を示すブロック図である。
【００５８】
本実施形態によるＸ線撮影システム２００は、図９に示すように、Ｘ線発生装置１００と、Ｘ線検出装置１１０と、情報取得部１２０と、システム制御装置１３０と、表示装置１４０と、を有する。Ｘ線発生装置１００は、第１又は第２実施形態のＸ線発生装置であり、Ｘ線管２０と、駆動回路５０と、制御部６０と、記憶装置８０と、を有する。制御部６０は、第１及び第２実施形態で説明した機能に加え、Ｘ線検出装置１１０が取得したＸ線量に関する情報を含む情報を受信する受信部としての機能を更に備える。Ｘ線検出装置１１０は、Ｘ線検出器１１２を有する。
【００５９】
システム制御装置１３０は、Ｘ線発生装置１００の制御部６０、Ｘ線検出装置１１０のＸ線検出器１１２、情報取得部１２０及び表示装置１４０に接続されている。
【００６０】
次に、第４実施形態のＸ線撮影システムの特徴的な構造について説明する。第４実施形態のＸ線撮影システムは、情報取得部１２０を有する。情報取得部１２０は、集束電極２６に印加されたフォーカス電圧と、そのフォーカス電圧を印加した際にＸ線検出器１１２が検出したＸ線量とを、関連付けた情報として取得する機能を有する。情報取得部１２０は、この機能を有するものであればどのような構成であってもよい。例えば図９に示すように、情報取得部１２０は、Ｘ線発生装置１００、Ｘ線検出装置１１０及びシステム制御装置１３０のそれぞれに接続されている独立した構成要素であってもよいし、Ｘ線発生装置１００、Ｘ線検出装置１１０及びシステム制御装置１３０のうちのいずれかの一部であってもよい。
【００６１】
次に、本実施形態によるＸ線撮影システム２００の動作の概略について、図９を用いて説明する。
【００６２】
システム制御装置１３０は、Ｘ線発生装置１００、Ｘ線検出装置１１０及び情報取得部１２０を含むシステム全体の制御を司る。Ｘ線発生装置１００の制御部６０は、システム制御装置１３０からの指示に応じて駆動回路５０を制御し、Ｘ線管２０に各種の制御信号を出力する。例えば、システム制御装置１３０は、制御部６０に対してＸ線出射条件（例えば、管電圧及び管電流）に関する情報を与える。Ｘ線出射条件に関する情報を受信した制御部６０は、記憶装置８０に格納されている電圧テーブルを参照し、システム制御装置１３０から与えられたＸ線出射条件におけるジャストフォーカス電圧を取得する。制御部６０は、駆動回路５０を制御し、Ｘ線管２０に、Ｘ線出射条件に応じた管電圧や電圧テーブルから取得したジャストフォーカス電圧などの各種の駆動信号を出力する。これにより、Ｘ線発生装置１００から出射されるＸ線の放出状態を制御することができる。
【００６３】
Ｘ線発生装置１００から出射されたＸ線１０４は、被検体１０６を透過してＸ線検出器１１２で検出される。Ｘ線検出器１１２は、Ｘ線発生装置１００から放射されるＸ線の量（照射線量、吸収線量、線量当量、放射能など）を２次元の情報として測定できるものであればどのような形態であってもよい。Ｘ線検出器１１２は、不図示の検出素子（例えば線量計や計数管）を複数備えており、透過Ｘ線像を取得する。或いは、イメージインテンシファイアやカメラ等を備えたＸ線検出器１１２を用い、Ｘ線量に関する情報を取得するようにしてもよい、Ｘ線検出器１１２は、取得した透過Ｘ線像を画像信号に変換して出力する。Ｘ線管２０と被検体１０６との間には、不要なＸ線の照射を抑制するために、不図示のスリット、コリメータ等を配置してもよい。
【００６４】
Ｘ線検出器１１２は、システム制御装置１３０による制御のもと、画像信号に所定の信号処理を施し、処理された画像信号をシステム制御装置１３０に出力する。システム制御装置１３０は、処理された画像信号に基づいて、表示装置１４０に画像を表示させるために表示信号を表示装置１４０に出力する。表示装置１４０は、表示信号に基づく被検体１０６の撮影画像をスクリーンに表示する。
【００６５】
次に、本実施形態によるＸ線撮影システム２００におけるＸ線焦点径の調整方法について、図９及び図１０を用いて説明する。図１０は、本実施形態によるＸ線撮影システムにおけるＸ線焦点径の調整方法を示すフローチャートである。
【００６６】
本実施形態によるＸ線撮影システム２００におけるＸ線焦点径の調整方法は、Ｘ線発生装置１００の制御部６０が、或いは、制御部６０を介してシステム制御装置１３０が、例えば図１０に示すフローチャートに従って実行することにより実現することができる。図１０のフローチャートに示す各ステップは、制御部６０やシステム制御装置１３０に、プログラムを組み込んだＬＳＩ等のハードウェア部品である回路部品を実装することにより、ハードウェア的に実現することが可能である。或いは、制御部６０又はシステム制御装置１３０を構成するコンピュータに、図１０のフローチャートに示す各ステップを実行するためのプログラムを実行させることにより、ソフトウェア的に実現することも可能である。
【００６７】
或いは、上記プログラムを記録媒体に記録させ、該記録媒体に記録されたプログラムをコードとして読み出し、コンピュータにおいて実行するように構成してもよい。すなわち、コンピュータ読取可能な記録媒体も、本実施形態の範囲に含まれる。また、上記のプログラムが記録された記録媒体はもちろん、そのプログラム自体も、本実施形態の範囲に含まれる。該記録媒体としては、例えばフロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、磁気テープ、不揮発性メモリカード、ＲＯＭを用いることができる。また該記録媒体に記録されたプログラム単体で処理を実行しているものに限らず、他のソフトウェア、拡張ボードの機能と共同して、ＯＳ上で動作して処理を実行するものも本実施形態の範疇に含まれる。
【００６８】
システム制御装置１３０は、ユーザからの指示に応じて、或いは、所定の条件を満たしたタイミングにおいて、Ｘ線焦点径の調整モードへと移行する。システム制御装置１３０は、Ｘ線焦点径の調整モードへと移行したことを示す情報を、Ｘ線発生装置１００の制御部６０及びＸ線検出装置１１０へと通知する。
【００６９】
所定の条件としては、例えば、電子線が照射されているターゲット３２の１箇所における累積照射時間が所定時間を経過したことや、Ｘ線量が所定の値以下になったことなどが挙げられる。このようにして、定期的にＸ線焦点径の調整モードへと自動的に移行するように構成することで、より長期間に亘って高い分解能を維持することができる。
【００７０】
制御部６０は、システム制御装置１３０からの情報を受信することにより、Ｘ線焦点径の調整モードへ移行したことを検知する（ステップＳ２０１）。
【００７１】
Ｘ線焦点径の調整モードへと移行したことを検知した制御部６０は、電子源２２から放出された電子線がターゲット３２の薄膜部３６を含む領域に入射するように、電子線偏向部７０を制御する（ステップＳ２０２）。
【００７２】
次いで、制御部６０は、集束電極２６に印加するフォーカス電圧の電圧値を複数の値に設定し、それぞれの電圧値においてＸ線管２０からＸ線を出射するように、駆動回路５０を制御する。例えば、制御部６０は、システム制御装置１３０によって指定されているＸ線出射条件（管電流及び管電圧）において、集束電極２６に印加するフォーカス電圧の電圧値を複数の値に設定する。制御部６０が駆動回路５０に対して設定したフォーカス電圧に関する情報は、情報取得部１２０へと送られる。
【００７３】
Ｘ線検出装置１１０のＸ線検出器１１２は、ターゲット３２の薄膜部３６に入射した電子線によってＸ線発生装置１００から放出されたＸ線を検出する。Ｘ線検出装置１１０は、Ｘ線検出器１１２が検出したＸ線量に関する情報を情報取得部１２０へ送信する。
【００７４】
情報取得部１２０は、制御部６０から受信したフォーカス電圧に関する情報と、Ｘ線検出装置１１０から受信したＸ線量に関する情報とを、互いに関連付けた情報として取得する（ステップＳ２０３）。すなわち、情報取得部１２０は、フォーカス電圧の電圧値に関する情報とそのときに得られたＸ線量に関する情報との関連付けを行う。情報取得部１２０又はシステム制御装置１３０は、電圧値とＸ線量とを関連付けた情報の中から、Ｘ線量が最小となる電圧値を特定する。複数の情報からフォーカス電圧とＸ線量との関係を取得し、この関係に基づいてＸ線量が最小となりうる電圧値を算出することによって特定してもよい（ステップＳ２０４）。このようにして特定された電圧値は、電子線のスポット径が最小となる電圧値であると同時に、Ｘ線焦点径が最小となる電圧値（ジャストフォーカス電圧値）でもある。
【００７５】
制御部６０は、集束電極２６に印加するフォーカス電圧を、ステップＳ１０４で決定されたジャストフォーカス電圧値に設定する。これにより、ターゲット３２に入射する電子線のスポット径を最適化することができる。
【００７６】
このようにして決定されたジャストフォーカス電圧値は、Ｘ線出射条件と関連付け、Ｘ線発生装置１００の記憶装置８０に電圧テーブルとして格納することができる。或いは、既に格納されている電圧テーブルを、新たに取得したジャストフォーカス電圧値によって更新するようにしてもよい。
【００７７】
次に、被検体１０６の透過Ｘ線像を撮影する撮影モードについて説明する。システム制御装置１３０は、ユーザからの指示に応じて、或いは、所定の条件を満たしたタイミング（Ｘ線焦点径の調整モードの終了など）において、Ｘ線撮影システム２００を撮影モードへと移行させる。システム制御装置１３０は、撮影モードへと移行したことを示す情報を、Ｘ線発生装置１００の制御部６０に通知する。撮影モードへと移行したことを検知した制御部６０は、電子源２２から放出された電子線がターゲット３２の電子線照射部４２に入射するように電子線偏向部７０を制御する。
【００７８】
制御部６０は、記憶装置８０に格納されている電圧テーブルを参照し、所定のＸ線出射条件に応じたジャストフォーカス電圧を選択し、駆動回路５０を介してＸ線管２０を制御する。これにより、ターゲット３２に入射する電子線のスポット径を最適化し、Ｘ線管２０から放射されるＸ線の焦点径を微小化することができる。
【００７９】
このように、本実施形態によれば、画像処理などの手間をかけることなくＸ線焦点径を容易に縮小することができる。これにより、解像度の高い透過Ｘ線像の撮影を容易に実現することができる。
【００８０】
［変形実施形態］
本発明は、上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
【００８１】
例えば、いずれかの実施形態の一部の構成を他の実施形態に追加した例や、他の実施形態の一部の構成と置換した例も、本発明の実施形態である。
【００８２】
上記実施形態は、いずれも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならない。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【符号の説明】
【００８３】
１０…収納容器
２０…Ｘ線管
２２…電子源
２４…グリッド電極
２６…集束電極
２８…陽極
３０…陽極部材
３２…ターゲット
３４…ターゲット支持体
３６…薄膜部
３８…凹部
４０…貫通孔
４２…電子線照射部
４４…電子線
５０…駆動回路
６０…制御部
７０…電子線偏向部
８０…記憶装置
９０…絶縁油
１００…Ｘ線発生装置
１１０…Ｘ線検出装置
１１２…Ｘ線検出素子
１２０…情報取得部
１３０…システム制御装置
１４０…表示部
２００…Ｘ線撮影システム
【要約】
開示のＸ線発生装置は、電子線を発生する電子源を含む陰極と、電子線の衝突によって発生したＸ線を電子線の入射方向に透過可能な透過型ターゲットを含む陽極と、電子線を透過型ターゲットに向けて集束させる集束電極と、を有するＸ線発生装置であって、透過型ターゲットは局所的に小さい厚さを有する第１領域を有し、透過型ターゲットへの電子線の入射位置を第１領域と、第１領域よりも大きい厚さを有する第２領域との間で切り替え可能に構成されている切り替え手段を有する。【図１】
0006695011.tif 000002
【図２】
0006695011.tif 000003
【図３】
0006695011.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0006695011.tif 000008
【図８】
0006695011.tif 000009
【図９】
0006695011.tif 000010
【図１０】
0006695011.tif 000011