(57)【要約】【課題】  所望の電子ビ−ム強度を保持してマイクロフォ−カスを実現するＸ線発生装置を、簡単な構造で安価且つコンパクトな装置によって可能にすることを主たる目的とする。【解決手段】  カソ−ドとフォーカス電極及びＸ線タ−ゲットを同軸状に順次配置したＸ線管によるＸ線発生装置において、カソ−ドは電子ビームの放射部を平面状にした平面状カソード９で形成すると共に、フォーカス電極１０には収束孔１０ａを設け、平面状カソ−ド９に対してフォーカス電極１０に一定の正電位を印加し、フォーカス電極１０の収束孔１０ａの近傍における電子ビームｘの等電位線ｙを、Ｘ線タ−ゲット２側へ凸形状にした。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カソ−ドとフォーカス電極及びＸ線タ−ゲットを同軸状に順次配置したＸ線管によるＸ線発生装置において、前記カソ−ドは電子ビームの放射部を平面状にした平面状カソードで形成すると共に、前記フォーカス電極には収束孔を設け、平面状カソ−ドに対してフォーカス電極に一定の正電位を印加し、フォーカス電極の収束孔の近傍における電子ビームの等電位線を、Ｘ線タ−ゲット側へ凸形状にしたことを特徴とするＸ線発生装置。
【請求項２】
前記フォーカス電極には平面状カソ−ドとＸ線タ−ゲット間に印加する電位の０．２〜０．７％の正電位を印加する請求項１に記載したＸ線発生装置。
【請求項３】
前記フォーカス電極には収束孔を形成する収束板を設け、収束孔を平面状カソ−ドの有効径より小径に形成した請求項１又は２に記載したＸ線発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば医療用や工業用及び検査用などに利用可能なＸ線管によるＸ線発生装置に関するものであって、特に比較的コンパクトな装置によって明るいビ−ムスポットを有するマイクロフォ−カスされた電子ビ−ムを、Ｘ線ターゲット上に収束することを可能にしたものであり、例えば医療用イメ−ジングや半導体実装部品などの非破壊検査用ツ−ルなどに適用すると効果的である。
【背景技術】
【０００２】
この種のＸ線発生装置としては、例えば特許文献１のように、マイクロフォ−カスを得るために電子ビ−ムを収束する収束電極又は収束磁極を必要とするものや、特許文献２のように、ワイヤ状またはリボン状のカソ−ドと円筒型電極とからなる電極構造を有すると共に、カソ−ドに対して円筒型のフォーカス電極に負の電位を印加する電子銃を採用してマイクロフォ−カスを実現しているものなどが提案されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３５８９１９号公報
【特許文献２】米国特許第５，０７７，７７７号公報
【０００４】
図４は、従来技術（特許文献２）のＸ線発生装置における陰極側の拡大図を示すが、陰極であるカソ−ド１１はワイヤ状又はリボン状のフィラメントで形成され、カソ−ド１１の先端部はフォーカス電極１２に設けられた収束孔から陽極であるアノード（Ｘ線タ−ゲット）側に突き出た構造となっており、（ａ）の場合にはカソ−ド１１とフォーカス電極１２が同電位（すなわち０Ｖ）であって、（ｂ）の場合にはカソ−ド１１は０Ｖでフォーカス電極１２は負の電位（例えば、−８０Ｖ）とし、（ａ）（ｂ）いずれの場合にもＸ線タ−ゲットには６０ＫＶ以上の高圧電位を印加している。
【０００５】
この放射側を２極構造にしたＸ線発生装置では、通電加熱によってカソ−ド１１の突き出た先端部から放射された電子ビームｘは、図４（ａ）の場合にはフォーカス電極１２が同電位（すなわち０Ｖ）のために、フォーカス電極１２から様々の放射角度と初速度で広い範囲に放出され、その等電位線ｙは点線で模擬的に示すようになって、電子レンズを形成する電界によって拡散状態となり、陽極の高電位に加速されて収束点となるＸ線タ−ゲット側に向かうので、放射された全ての電子ビームｘをＸ線タ−ゲット上の１点に収束させることが困難であるから、充分なマイクロフォ−カスが得られない。
【０００６】
図４（ｂ）の場合には、フォーカス電極１２を負電位にしたことによって、０電位のカソ−ド１１の近傍には正電界ｙ１と負電界ｙ２の二つの領域による等電位線ｙが生ずるが、負電界ｙ２側は正電界ｙ１が及ばないために電子は放出されず、電子ビームｘが放出されるのは、カソ−ド１１の先端部分から放射される正電界ｙ１のみに制限され、図４（ａ）と比べ放射面積が小さくなって放射位置が限定されると共に、放射角度の広がりも少なくなるので、適切なフォーカス電極１２の形状を採用するとマイクロフォ−カスが得やすくなる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、これらの従来技術では例えば特許文献１の場合には、電子ビ−ムをマイクロフォ−カスさせる性能面では何ら問題はないが、電子ビ−ムを収束するために複数の収束電極や収束磁極を設ける必要があるので、放射側の電極構造が複雑になって大型化し、場所的な制限を受けたり取り扱いが不便になると共に、製品のコストアップになるなど、解決を必要とする課題があった。
【０００８】
また、Ｘ線タ−ゲット上での電子ビ−ムのスポットサイズは、カソ−ド１１から放射される電子ビームの領域の大きさに依存して実現されているために、放射領域が制限された特許文献２の場合には所望の電子ビ−ム強度が得られないので、その結果充分なＸ線ビ−ム強度が得られないとと共に、マイクロフォ−カス点の外周部にも微小電子が広く分布することが避けられず、Ｘ線ビ−ムのコントラスト低下も生じるなど、解決を必要とする課題があった。
【０００９】
そこで本発明では、これら従来技術の課題を解決し得るＸ線発生装置を提供するものであって、特に所望の電子ビ−ム強度を保持してマイクロフォ−カスを実現するＸ線発生装置を、簡単な構造で比較的安価且つコンパクトな装置によって可能にすることを主たる目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によるＸ線発生装置は、カソ−ドとフォーカス電極及びＸ線タ−ゲットを同軸状に順次配置したＸ線管によるＸ線発生装置において、前記カソ−ドは電子ビームの放射部を平面状にした平面状カソードで形成すると共に、前記フォーカス電極には収束孔を設け、平面状カソ−ドに対してフォーカス電極に一定の正電位を印加し、フォーカス電極の収束孔の近傍における電子ビームの等電位線を、Ｘ線タ−ゲット側へ凸形状にしたことを特徴とする。
【００１１】
このＸ線発生装置では、電子ビームを放射するカソ−ドを平面状にすることによって、広い範囲から一様に電子ビームが放射されると共に、Ｘ線タ−ゲットとの間における電子ビームの走行距離を一定に保ち、フォーカス電極に一定の正電位を印加することによって、放斜角度の大きな電子ビ−ムは正電位を印加したフォーカス電極に捕獲され、放射角度の揃った電子ビームのみが収束孔を通過し、フォーカス電極の収束孔付近における等電位線がＸ線ターゲット側に凸形状になって放射されるので、Ｘ線タ−ゲット上に収束された電子ビームは、マイクロフォ−カスされ且つ強度も高くできる。
【００１２】
すなわち、正電位が印加された本発明によるフォーカス電極は、平面状カソードから放射される電子ビームを積極的に引き出す作用と、放射された電子ビームの中からマイクロフォ−カスを阻害する電子ビームを取り除き、放斜角度が揃ってマイクロフォ−カスに有効な電子ビームのみを、各電子ビームが交差しない状態に制御してＸ線ターゲット側へ出射させる作用とを備え、言わばグリッド電極を兼用したフォーカス電極として機能するので、電子ビームの軌道の乱れや強度の低下を防止することが可能である。
【００１３】
また、前記Ｘ線発生装置におけるフォーカス電極には平面状カソ−ドとＸ線タ−ゲット間に印加する電位の０．２〜０．７％の正電位を印加する形態を採ることが望ましいと共に、前記フォーカス電極には収束孔を形成する収束板を設け、収束孔を平面状カソ−ドの有効径より小径に形成した形態を採ることが望ましい。
【００１４】
すなわち、フォーカス電極に印加する正電位は、低すぎる場合には前記した作用に必要な収束孔付近における等電位線をＸ線ターゲット側に凸形状にする電子レンズ効果が得られず、逆に高すぎる場合には平面状カソードから放射された電子ビームの大半がフォーカス電極に捕捉され、電子ビームが拡散してＸ線タ−ゲット上へマイクロフォ−カスされなくなるので、上記した範囲内の正電位に設定することが望ましい。
【００１５】
また、電子ビームを放射する平面状カソ−ドの有効面積及び、フォーカス電極における収束孔の口径は、Ｘ線タ−ゲット上へマイクロフォ−カスさせる電子ビームの強度を左右する重要な要素であって、平面状カソ−ドの有効面積及び収束孔の口径を大きくすると電子ビームの強度を高くできるが、収束孔を平面状カソ−ドの有効径より小径に形成することによって、平面状カソ−ドの外周側から放射される放斜角度の大きな電子ビ−ムを効果的に捕捉できるようにしている。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のＸ線発生装置によると、電子ビームを放射する平面状カソ−ドと、電子ビ−ムを取り出す収束孔を有し且つて電子ビ−ムの収束制御を行うために正電位を印加したフォーカス電極からなる電極構造を陰極側に設けた簡単で小型且つ安価な構造によって、Ｘ線を発生させる陽極側のＸ線タ−ゲット上に電子ビ−ムの収束を、高強度で且つ非常に小さな焦点（マイクロフォーカス）で行うことが可能である。
【実施例】
【００１７】
本発明のＸ線発生装置について、本発明を適用した好適な実施形態を示す図１〜３の添付図面に基づいて詳細に説明するが、図１はＸ線発生装置の断面概要図であって、公知のＸ線管によるＸ線発生装置の場合と同様に、真空にした密封容器を形成するハウジング内に収容されており、電子ビームの衝撃を受けてＸ線を発生する陽極側は、セラミック等の絶縁材料からなる円筒部４と側板部３でハウジングを形成し、側板部３にはＸ線窓１の内面上にＸ線タ−ゲット２を設けると共に、Ｘ線タ−ゲット２に高圧電位を印加するための電極などが装着されている。
【００１８】
また、Ｘ線タ−ゲット２に電子ビームを投射する陰極側は円筒部５と側板部６でハウジングを形成し、側板部６にはヒータ電源に接続された導入端子８を設け、導入端子８にはフィラメント線８ａを介して円板形状の平面状カソ−ド９が接続され、円筒部５にはハウジング内の空気を排気させた後に封止する排気管７及び、電子ビームを収束する円筒状のフォーカス電極１０を設けると共に、フォーカス電極１０には平面状カソ−ド９の外径より小径にした円形状の収束孔１０ａを形成する収束板１０ｂが設けられている。
【００１９】
このＸ線発生装置は、従来技術の場合と同様に平面状カソ−ド９は０Ｖ電位とし、Ｘ線タ−ゲット２には例えば６０ＫＶ以上の高電圧が印加されているが、フォーカス電極１０には従来技術の場合とは異なって平面状カソ−ド９に対して正電位となる＋電圧が印加されており、フィラメント線８ａの加熱で平面状カソ−ド９から放射された電子ビームは、高電圧に加速されてＸ線タ−ゲット２に向かう途中で、平面状カソ−ド9とフォーカス電極１０及びＸ線タ−ゲット２にそれぞれ印加した電位によって形成された電界レンズで収束され、Ｘ線タ−ゲット２上にマイクロフォ−カスされる。
【００２０】
図２は陰極側における拡大図であって、フォーカス電極１０の電位を様々に変化させた際における電子ビームｘの軌道と等電位線ｙを示しているが、（ａ）はフォーカス電極１０の電位を＋２５０Ｖに設定した場合を、（ｂ）はフォーカス電極１０の電位を＋１００Ｖに設定した場合を、（ｃ）はフォーカス電極１０の電位を０Ｖに設定した場合を、（ｄ）はフォーカス電極１０の電位を−１０Ｖに設定した場合を、それぞれ示すものであって、この中で（ａ）の場合が最も望ましい形態である。
【００２１】
（ａ）の場合には、平面状カソ−ド9表面の広い領域から電子ビ−ムｘが放射されているにもかかわらず、放斜角度の大きな電子ビ−ムｘは正電位を与えられたフォーカス電極１０に捕獲され、フォーカス電極１０の収束孔１０ａ付近における等電位線ｙは、顕著にＸ線ターゲット２側に凸形状になっていると共に、放射角度の揃った電子ビームｘのみが収束孔１０ａを通過しており、これによってＸ線タ−ゲット２上に収束されたマイクロフォ−カスが容易に得やすくなっている。
【００２２】
（ｂ）の場合には、（ａ）の場合とほぼ同様にフォーカス電極１０の収束孔１０ａ付近における等電位線ｙはＸ線ターゲット２側へ僅かに凸形状になっており、Ｘ線ターゲット２上へほぼ収束させることが可能であるが、印加する正電位が低いことに起因して電界による電子ビームｘの一部に放射角度の不揃いが発生し、最良のマイクロフォ−カスが得られない恐れがある。
【００２３】
（ｃ）の場合には、平面状カソ−ド9の近傍まで正電界が入り込んだ状態で電子ビームｘが放射され、湾曲した電界によってフォーカス電極１０の収束孔１０ａを様々な方向で通過すると共に、等電位線ｙはＸ線ターゲット２側へ僅かに凹形状になっているので、Ｘ線ターゲット２上で充分フォーカスさせることはできず、（ｄ）の場合には、平面状カソ−ド9のの近傍まで正電界が及ばないため、一旦放射された電子ビームｘは平面状カソ−ド9に戻ってしまいＸ線ターゲット２側へ到達することはない。
【００２４】
従って、この電極構造のＸ線発生装置は０Ｖ電位にした平面状カソ−ド9に対して、フォーカス電極１０に適正な正電位を与えると望ましいマイクロフォ−カスが可能であるが、Ｘ線ターゲット２上に衝突させる電子ビ−ムｘの強度はフォーカス電極１０に印加する電位によらず、平面状カソ−ド９とフォーカス電極１０の収束孔１０ａの面積と距離及び、平面状カソ−ド９とＸ線ターゲット２との距離を適正に設定する必要がある。
【００２５】
例えば、平面状カソ−ド9とフォーカス電極１０の収束孔１０ａとの間隔を５０〜５００μｍにすると共に、収束孔１０ａより平面状カソ−ド9の面積を大きく形成し、フォーカス電極１０の正電位を陽極であるＸ線ターゲット２の電位の０．２〜０．７％（Ｘ線ターゲット２が６０ＫＶの場合には、１２０〜４２０Ｖ）とするのが望ましく、いずれにしてもフォーカス電極１０に適正な正電位を与えることによって、収束孔１０ａにおける等電位線ｙがＸ線ターゲット２側へ凸形状となるようにすることが必要である。
【００２６】
また、カソ−ドの形状は、電子ビ−ムｘの収束に影響を与えるカソ−ドとＸ線ターゲット間における電子ビームの走行距離を一定に保つと共に、広い範囲から一様に電子ビームを放射させ且つ、同心状に配置した収束孔１０ａとの整合性を図るために、図３（ａ）で示す円板形状による平面状とすることが望ましいが、例えば図３（ｂ）で示す方形板形状にしたり、ワイヤを密に巻いた図３（ｃ）で示す扁平コイル形や、図４（ｄ）で示す蛇行形或いは、ワイヤを並べて溶接した図（ｅ）で示すパラレル形などによって、疑似的な平面状を含む実施形態を採ることことも可能である。
【００２７】
なお、従来技術による電極構造の場合には、フォーカス電極やグリッドなどに印加する電位をカソ−ドに対してマイナス方向に可変させ、これによってＸ線ターゲットの電流を制御するようにしているが、本発明の場合には前記したようにフォーカス電極１０に一定の正電位を与えているので、平面状カソ−ド9の電圧を可変することによって、Ｘ線ターゲット２の電流を制御するようにしている
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明を適用した実施形態によるＸ線発生装置の断面概要図を示す。
【図２】図１のＸ線発生装置における平面上カソ−ド近傍の電極構造と動作の模式図を示す。
【図３】図１のＸ線発生装置に適用可能な平面状カソードの各種実施形態を斜視図で示す。
【図４】従来技術を適用した実施形態によるＸ線発生装置のカソ−ド近傍の電極構造と動作の模式図を示す。
【符号の説明】
【００２９】
１  Ｘ線窓
２  Ｘ線タ−ゲット（陽極）
３  側壁板（Ｘ線タ−ゲットへの電位印加電極）
４  （陽極側の）円筒部
５  側壁板（フォーカス電極への電位印加電極）
６  （陰極側の）円筒部
７  排気管
8  （カソ−ドの）導入端子
８ａ  フィラメント
9  平面状カソ−ド（陰極）
１０  フォーカス電極
１０ａ  収束板
１０ｂ  収束孔
１１  （従来技術によるフィラメント状の）カソ−ド
１２  （従来技術による円筒状の）フォーカス電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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