(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子銃と、
前記電子銃からの電子ビームが照射されてＸ線を発生するターゲットと、
前記電子銃とターゲットとの間に配置されて電子ビームを縮小結像させる２段以上の電子レンズと、
前記電子銃と１段目の電子レンズとの間に配置されて電子ビーム軌道を偏向できる２段の上流側アライメントコイル、及び１段目と２段目の電子レンズ間に配置されて電子ビーム軌道を偏向できる２段の下流側アライメントコイルと、を備え、
前記上流側アライメントコイルと下流側アライメントコイルは、上流側アライメントコイルにより１段目の電子レンズへの電子ビームの入射角度を調整した際、電子ビームが２段目の電子レンズの中心からずれないように下流側アライメントコイルが連動するように構成されていることを特徴とするマイクロフォーカスＸ線管。
【請求項２】
前記各電子レンズのギャップ部分に絞りを備えて電子ビームの通過範囲を制限している請求項１に記載のマイクロフォーカスＸ線管。
【請求項３】
前記電子レンズは磁場型であり、前記Ｘ線管はレンズ励磁電流を変調する装置を備えたものである請求項１又は２に記載のマイクロフォーカスＸ線管。
【請求項４】
前記各電子レンズにおいて前記アライメントコイルにより電子ビームが電子レンズの光軸と一致するように調整された電子光学系を備えている請求項１から３のいずれかに記載のマイクロフォーカスＸ線管。
【請求項５】
電子銃と、電子銃からの電子ビームが照射されてＸ線を発生するターゲットと、電子銃とターゲットとの間に配置されて電子ビームを縮小結像させる２段以上の電子レンズと、電子銃と１段目の電子レンズとの間に配置されて電子ビーム軌道を偏向できる２段の上流側アライメントコイル及び１段目と２段目の電子レンズ間に配置されて電子ビーム軌道を偏向できる２段の下流側アライメントコイルとを備えたＸ線管を対象とし、
ターゲットの背後にＸ線撮像装置を配置し、そのＸ線撮像装置によりターゲットに到達する電子ビームを検知しながらアライメントコイルを用いて電子ビームの軌道を調整する光軸合わせ方法であって、
前記アライメントコイルによる電子ビームの調整は、アライメントコイルに入射した電子ビームを曲げてその射出角度を変える単純偏向機能と、光源から任意の角度で放出されている電子ビームを光軸上にもどすチルト機能と、ある固定点を中心にして電子ビームの入射角度を任意にふるピボット機能とを組み合わせて、前記上流側アライメントコイルにより１段目の電子レンズへの電子ビームの入射角度を調整した際、前記上流側アライメントコイルと下流側アライメントコイルを連動させることで電子ビームが２段目の電子レンズの中心からずれないようにしたことを特徴とする光軸合わせ方法。
【請求項６】
前記Ｘ線管は、前記各電子レンズのギャップ部分に絞りを備えて電子ビームの通過範囲を制限しているものである請求項５に記載の光軸合わせ方法。
【請求項７】
前記電子レンズは磁場型であり、前記Ｘ線管はレンズ励磁電流を変調する装置を備えたものであり、
前記電子レンズに供給する励磁電流を変調することにより観察されるＸ線透視像の振動を観測し、光軸と電子ビームの一致度を評価しながら、前記上流側と下流側のアライメントコイルを調整して電子光学系の光軸合わせを行う工程をさらに備えている請求項５又は６に記載の光軸合わせ方法。
【請求項８】
前記各電子レンズにおいては、それぞれの上流に配置された前記アライメントコイルを用いて、電子ビームが電子レンズ中心に入射するように調整し、その後、レンズ中心をピボット点として電子ビームの角度をふり、電子ビームがその電子レンズの光軸と一致するように調整する請求項５から７のいずれかに記載の光軸合わせ方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は試料にＸ線を照射して内部構造などを観察するのに使用するＸ線管に関し、特に微小なサイズのＸ線ビームを発生することのできるＸ線管に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
Ｘ線管では、電子顕微鏡と異なり、直接電子ビームパターンを観察する手段がなく、電子光学系の光軸合わせは主にＸ線撮像装置（Ｉ．Ｉ．）等のＸ線検出器で測定されるＸ線量をもとに実行される。この方法では、電子ビームがＸ線管の内部をどのような軌道を描いてレンズへ入射しターゲットへ最終的に到達しているかを把握することが困難である。そのために、電子光学系の光軸合わせを適切に行うことも困難であった。
【０００３】
Ｘ線管において電子光学系の光軸調整が不完全な場合、電子レンズのレンズパワーを変化させると、電子レンズで縮小結象された焦点（電子ビームスポット）位置が移動してしまい、場合によっては電子ビームが全くターゲットへ到達しなくなるという不具合が生じる。
【０００４】
特に、Ｘ線焦点サイズを小さくする目的で２段又はそれ以上の電子レンズで電子ビームを縮小結像する装置では、電子レンズの個数と同じだけの光軸が存在し、電子ビームがすべての光軸に対して一致するように調整する必要がある。複数の電子レンズを装備するＸ線管では、不完全な光軸調整による電子ビームずれの挙動は複雑となり、Ｘ線装置の性能を劣化させてしまう。したがって、複数の光軸に対して確実に光軸合わせを行うことが必要となるが、電子ビーム軌道を把握できない従来方法では、調整が非常に困難となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
電子光学系に対する光軸合わせは、電子顕微鏡の分野で開発されてきた。電子顕微鏡では、蛍光板や撮像管を用いて電子ビームパターンを直接観察しながら軸調整が行える。ところが、Ｘ線管では一般的に、電子ビームを直接観察する手段がないために、電子光学系の光軸合わせの感覚をつかみにくい。特に電子レンズが２つ又はそれ以上になると、調整作業は非常に困難となる。
【０００６】
本発明では、Ｘ線透視像を得るために通常、標準でＸ線管が備えているＸ線撮像装置でＸ線透視像又はＸ線強度を測定しながら、電子ビームの軌道を偏向するためのアライメントコイルを適切に制御し、２段以上の磁場型電子レンズを備えるＸ線管の光軸合わせを確実に行うことを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のＸ線管は、電子銃と電子銃からの電子ビームが照射されてＸ線を発生するターゲットとの間に配置されて電子ビームを縮小結像させる２段以上の電子レンズと、電子銃と１段目の電子レンズの間、及び電子レンズ間にそれぞれ配置されて電子ビーム軌道を偏向できるアライメントコイルとを備えたものである。
本発明の光軸合わせ方法は、そのようなＸ線管を対象とし、ターゲットの背後にＸ線撮像装置を配置してそのＸ線撮像装置によりターゲットに到達する電子ビームを検知しながらアライメントコイルを用いて電子ビームの軌道を調整する光軸合わせ方法であって、アライメントコイルによる電子ビームの調整は、アライメントコイルに入射した電子ビームを曲げて、その射出角度を変える単純偏向機能と、光源から任意の角度で放出されている電子ビームを光軸上にもどすチルト機能と、ある固定点を中心にして電子ビームの入射角度を任意にふるピボット機能とを逐次に又は組み合わせて段階的に行うことを特徴とするものである。
【０００８】
対象とするＸ線管の好ましい一例は、アライメントコイルを電子銃と１段目の電子レンズ及び電子レンズ間にそれぞれ２段づつ備えたものであり、かつ各電子レンズのギャップ部分に絞りを備えて電子ビームの通過範囲を制限しているものである。
【０００９】
また、電子レンズは磁場型とすることができる。その場合、このＸ線管はレンズ励磁電流を変調する装置を備え、電子レンズに供給する励磁電流を変調することにより観察されるＸ線透視像の振動を観測し、光軸と電子ビームの一致度を評価しながら、アライメントコイルを調整して電子光学系の光軸合わせを行う工程をさらに備えていることが好ましい。
【００１０】
各電子レンズにおいては、アライメントコイルを用いて、電子ビームが電子レンズ中心に入射するように調整し、その後、レンズ中心をピボット点として電子ビームの角度をふり、電子ビームがその電子レンズの光軸と一致するように調整することが好ましい。
【００１１】
【作用】
２段以上の電子レンズから構成されるＸ線管では、電子銃から放出された電子ビームがどのような軌道をたどってターゲットへ到達しているかを把握することは困難であり、光軸調整が複雑となる。本発明に示す単純偏向機能、チルト機能及びピボット機能を逐次に又は組み合わせて段階的に行う手順に従って電子ビーム軌道をアライメントコイルで偏向し調整を行うことで、Ｘ線管内の電ビームの軌道を把握でき、複雑な光軸合わせ作業を確実に行うことができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１にＬａＢ６−マイクロフォーカスＸ線管の光学系概念図を示す。
ＬａＢ６を陰極とする電子銃Gunから放出された電子ビームを、アライメントコイルCoil１，Coil２とCoil３，Coil４を用いて軌道を変え、二つの電子レンズLens１，２の光軸に入射させる。以下、アライメントコイルCoil１等を単に「コイル１」等といい、電子レンズLens１等を単に「レンズ１」等という。アライメントコイルは、電子銃とレンズ１の間、及びレンズ１とレンズ２の間にそれぞれ２段づつ配置されている。レンズ１、レンズ２では、それぞれのギャップ部分に、絞り（Aperture）１、絞り２がそれぞれ配置され、電子ビームの通過範囲を制限している。
【００１３】
Ｘ−Ｚ平面には、図示のように、電子ビームをＹ方向へ偏向するアライメントコイルが４つ（コイル１〜コイル４）配置されており、図には表れていないが、Ｙ−Ｚ平面にも同様にＸ偏向用のアライメントコイルが４つ配置されている。図で破線で示されているのは光軸であり、光軸合わせのことをアライメントと呼ぶ。
【００１４】
アライメントコイルの基本機能は図２に示される３つである。
アライメントコイルを単独で使用すると、電子ビームを１方向へ偏向できる（単純偏向）。また、アライメントコイルを２段連動動作させることでチルト（Tilt）機能とピボット（Pivot）機能を実現できる。
【００１５】
（ａ）単純偏向（Deflection）機能（図２左側図）：
アライメントコイルに入射した電子ビームを曲げて、その射出角度を変える機能である。
【００１６】
（ｂ）チルト（Tilt）機能（図２中央図）：
光源から任意の角度で放出されている電子ビームを、光軸上にもどす機能である。コイル１とコイル２を連動させてチルト機能を実現するには、コイル１とコイル２に１＋Ｌ0／Ｌ1：Ｌ0／Ｌ1の比でコイル電流を流せばよい。
【００１７】
（ｃ）ピボット（Pivot）機能（図２右側図）：
ある固定点（ピボット点）を中心にして電子ビームの入射角度を任意にふる機能である。コイル１とコイル２を連動させてピボット機能を実現するには、コイル１とコイル２に１：１＋Ｌ1／Ｌ2の比で電流を流せばよい。
【００１８】
この実施例のＬａＢ６−マイクロフォーカスＸ線管では、次の５つのアライメントコイル機能を用いて光軸合わせを行う。
機能１：コイル１−２連動チルト機能
機能２：コイル１−２連動ピボット機能
機能３：コイル４−単純偏向機能
機能４：
(コイル１−２連動ピボット機能)＋(回転補正用コイル３−単純偏向機能)機能５：コイル３−４連動ピボット機能
【００１９】
ここで、機能４の(コイル１−２連動ピボット機能)＋(回転補正用コイル３−単純偏向機能)は回転補正付きコイル１−２連動ピボット機能とも称す。この機能を図３を参照して説明する。
【００２０】
コイル１−２連動ピボット機能を用いて、ビームがレンズ１へ入射する角度を変えると、レンズ２での絞り２への入射位置も変わる。図３の左側の図に示したように、コイル１−２連動ピボット機能でｘ方向角度をδ変化させると、絞り２の面上で（Ｒcosφ，Ｒsinφ）だけビームずれが生じる。ここで、Ｒ＝（Ｌ0＋Ｌ1）tanδである。回転角φは、レンズ１が磁気レンズであるために物側と像側のｘ−ｙ座標系が回転することに起因する。
【００２１】
コイル１−２連動ピボット機能使用にともなうビームの位置ずれは、コイル３による単純偏向機能を用いてキャンセルできる。本装置では、図３の右側図に示すように、コイル１−２連動ピボット機能に連動させてコイル３−単純偏向機能を付加し、回転補正付きコイル１−２連動ピボット機能を実現している。すなわち、コイル１−２連動ピボット機能でｘ方向にδふった場合、レンズ１での回転作用を考慮すると、コイル３面上では（ｒcosφ，ｒsinφ）の位置にビームがずれる。このビームをコイル３による単純偏向機能でレンズ２での絞り２の中心にもどす。
【００２２】
このように、回転補正付きコイル１−２連動ピボット機能により任意のピボット角δに対して適切な補正が行える。
【００２３】
次に、この実施例におけるアライメントの原理を説明する。
図４はアライメントの概念を順に示したものである。ここでは、絞り中心とレンズ中心が一致しているとする。）
▲１▼初期状態では、電子ビーム（実線で示されている）はレンズ中心と異なる位置に入射している。
▲２▼まず、アライメントコイルを用いて、電子ビームがレンズ中心に入射するように調整する。
▲３▼その後、レンズ中心をピボット点としてビーム角度をふり、電子ビームが光軸と一致するように調整する。
【００２４】
図１で、電子銃から放出された電子ビームはまずレンズ１に入射する。アライメントは、初めにレンズ１の光軸に電子ビームを合わせ、その後レンズ２の光軸に電子ビームを合わせる。レンズ１に対するアライメント時は、レンズ２はオフにする。その後２つのレンズ１とレンズ２を連動動作させ、電子ビームをターゲットにフォーカスさせた状態でアライメント調整を行う。
【００２５】
以下に、手動アライメント手順を追いながらアライメントの原理について説明する。自動アライメントの場合も、同様の処理を行う。
【００２６】
（１）レンズ１の中心に電子ビームの中心を入射させる。
具体的には次のように行う。
▲１▼次のようにして、電子ビームが絞り１の中心付近を通過するように調整する。
絞り１としては、図５の左側の図に示されるように、中央に電子ビームを通す本来の開口が設けられており、その周囲のＸ，−Ｘ，Ｙ，−Ｙ方向に４つの開口が内側を向くように設けられたものを使用する。レンズ１、レンズ２ともにオフ状態のとき、電子ビームは、レンズ１の絞り１へ入射する。コイル１−２連動チルト機能を用いて電子ビームを絞り１上でスキャンすると、図５右側の図に示すように、絞り１の４つの開口の内壁に電子ビームがあたってＸ線が発生し、Ｘ線管正面に設置してあるＸ線撮像装置でＸ線画像を観測すると、図５中央の図のように、絞り１の中央開口の周辺にある４つの開口が輝点として確認できる。輝点Ｐn（ｎ＝１，２，３，４）に対するコイル１−２連動チルト機能のアライメント量を（ＴＸn，ＴＹn）とすると、アライメント量（（ＴＸ1＋ＴＸ2）／２，（ＴＹ3＋ＴＹ4）／２）の電流をコイル１−２連動チルト機能のコイル１とコイル２へ与えると、絞り１の中央開口の中心付近にビームを通すことができる。
【００２７】
▲２▼次に、電子ビームが効率よくターゲットへ到達するように調整する。
そのために、図６の左側図に示されるように調整▲１▼で定まった絞り１通過点をピボット点とし、コイル１−２連動ピボット機能を用いて、図６の右側図に示されるように電子ビームが効率よく絞り２を通過するように、すなわち、Ｘ線撮像装置で検出されるＸ線量が最大となるように、コイル１−２連動ピボット機能を調節する。
【００２８】
▲３▼次に、電子ビームが絞り１中心（レンズ１中心）を通過するように調整する。
そのために、ここでレンズ１をオンにし、電子ビームをターゲット面に結像させる。図７左側図に示されるように、この時点では電子ビームが光軸に一致していないため、レンズ１を励磁するにつれて電子ビームはずれていく。ずれ量が大きくなると電子ビームは絞り２を通過できなくなる。
【００２９】
レンズ１を徐々に励磁しながら、図７右側図に示されるように、コイル４−単純偏向機能を用いてビームが絞り２を通過できるように調整する。
レンズ１により電子ビームがターゲット上に結像できたら、コイル４−単純偏向機能で電子ビームをふり、ビーム中心が絞り２の中央を通過するように調整する。
【００３０】
この状態で、図８に示されるように、コイル１−２連動チルト機能を用い、Ｘ線撮像装置で検出されるＸ線量が最大となるように調整する。この調整により、電子ビームが絞り１の中心を通過するようになる。
【００３１】
（２）電子ビームをレンズ１の光軸に合わせる。
これまでの作業で、電子ビームが絞り１の中心を通過した状態になっている（図４▲２▼の状態）
次に、電子ビームと絞り１面の交点をピボット点として、ビーム角度をふり、中心ビームを光軸に一致させる（図４▲３▼の状態）。光軸とビームが一致したかどうかを判断するために、レンズ１の励磁電流を結像（focus）状態から±数％〜１０％変調（レンズ１ウォブリングという）しＸ線画像を観察する。光軸とビームが一致していない場合、観察されるパターンが回転移動する。光軸とビームが一致すると、パターンの回転移動はなくなりデフォーカスに起因するパター−ンの振動が観察されるようになる。上記のピボット操作のために図３で説明した回転補正付きコイル１−２連動ピボット機能を用いる。
以上の（１）と（２）の操作により、レンズ１の光軸に電子ビームを合わせることができる。
【００３２】
続けてレンズ２の光軸合わせを行う。レンズ２を（必要に応じてレンズ１も）励磁し、電子ビームをターゲットに結像させる。
コイル４−単純偏向機能を用いて、電子ビームを絞り２の中心に入射させ、レンズ２ウォブリングを行い、Ｘ線画像を観察しながらコイル３−４連動ピボット機能でビームをレンズ２の光軸に合わせる。調整の仕方はレンズ１と同様である。
【００３３】
以上に述べたアライメントは適当な加速電圧（管電圧）に対して行う。アライメント後、加速電圧を変化させた場合には、それに合わせてアライメントコイル電流及びレンズ電流を調整することにより、アライメント及び結像状態を原理的には維持できる。具体的には、加速電圧がＮ倍になったとき、アライメントコイル電流、レンズ電流をそれぞれＮ1/2倍にすることで、電子ビームの軌道を加速電圧によらず一定にすることができる。この調整を行う場合、相対論補正を考慮したファクタをアライメントコイル電流及びレンズ電流に用いることで、より精度の高い補正を行うことができる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明に基づいた手順にしたがって調整を行うことで、２段以上の電子レンズからなるＸ線管の光軸合わせが確実に行える。また、調整の指針が明確であることから、調整者の高度な技能を必要しないため、効率よく調整作業が行える。特に、各手順をソフトウェアにより制御することで、光軸合わせの自動化も可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用されるＸ線管の一例としてのＬａＢ６−マイクロフォーカスＸ線管の光学系の概念図を示す概略断面図である。
【図２】アライメントコイルの基本機能を示す概略断面図である。
【図３】回転補正付きコイル１−２連動ピボット機能を示す概略断面図である。
【図４】本発明におけるアライメントの概念を示す図である。
【図５】絞り１の機能を説明する図であり、左側の図は斜視図と断面図、右側の図はＸ線発生状態を示す概略正面図、中央の図はＸ線撮像装置によるＸ線画像を示す図である。
【図６】電子ビームが効率よくターゲットへ到達するように調整する工程を示す概略断面図である。
【図７】電子ビームが絞り２を通過するように調整する工程を示す概略断面図である。
【図８】電子ビームが絞り１の中心を通過するように調整する工程を示す概略断面図である。
【符号の説明】
Gun      電子銃
Coil１〜Coil４      アライメントコイル
Lens１，Lens２      電子レンズ
Aperture      絞り
Target      ターゲット
【図１】
0004158419.tif 000002
【図２】
0004158419.tif 000003
【図３】
0004158419.tif 000004
【図４】
0004158419.tif 000005
【図５】
0004158419.tif 000006
【図６】
0004158419.tif 000007
【図７】
0004158419.tif 000008
【図８】
0004158419.tif 000009