DE102010039926A1

DE102010039926A1 - Röntgengenerator

Info

Publication number: DE102010039926A1
Application number: DE102010039926A
Authority: DE
Inventors: Motohiro Hamamatsu-shi Suyama; Kinji Hamamatsu-shi TAKASE; Atsushi Hamamatsu-shi Ishii
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2009-08-31
Filing date: 2010-08-30
Publication date: 2011-03-17
Also published as: GB201014389D0; GB2473137A; JP5687001B2; JP2011071101A; GB2473137B

Abstract

Ein Röntgengenerator 1 weist Folgendes auf: eine Elektronenkanone 3 zur Emission eines Elektronenstrahls; eine Zieleinheit T; ein Spulenteil 9, das eine Bewegungsbahn des von der Elektronenkanone 3 emittierten Elektronenstrahls ändern kann; einen Detektor für die Erfassung der reflektierten Elektronen 31, um reflektierte Elektronen zu erfassen; sowie eine Steuereinheit 33 zur Steuerung des Spulenteils 9 aufgrund eines Erfassungssignals vom Detektor für reflektierte Elektronen 31. Die Zieleinheit T weist ein Substrat 21 und einen Zielkörper 23 auf, der im Substrat 21 eingelassen ist. Der Durchmesser eines Bestrahlungsbereichs des Elektronenstrahls auf der Zieleinheit T ist größer als der Durchmesser des Zielkörpers 23. Die Steuereinheit 33 steuert das Spulenteil 9, um den Bestrahlungsbereich auf der Zieleinheit T zweidimensional zu scannen, so dass sich der Zielkörper 23 ständig im Bestrahlungsbereich des Elektronenstrahls auf der Zieleinheit T befindet.

Description

Hintergrund der Erfindung Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Röntgengenerator.
Verwandter Hintergrund der Technik
Es ist ein Röntgengenerator bekannt, der mit einer Elektronenkanone zur Emission eines Elektronenstrahls sowie einer Zieleinheit mit einem Substrat und einem Zielkörper versehen ist, der im Substrat eingelassen ist und aus einem Material zur Erzeugung von Röntgenstrahlen beim Einfall des Elektronenstrahls besteht (vgl. z. B. japanische Patentanmeldung veröffentlicht unter der Nr. 2004-028845 ). Es ist außerdem eine Zieleinheit bekannt, die mit einem Substrat, das aus Diamant besteht, und einem Zielkörper aus Wolfram oder Ähnlichem versehen ist, der in einem nicht durchdringenden Zustand im Substrat eingelassen ist (vgl. z. B. US-Patent Nr. 5.148.462 ).
Zusammenfassung der Erfindung
Der Röntgengenerator ist so gestaltet, dass ein Elektronenstrahl von der Elektronenkanone in einen Zielkörper projiziert wird, um Röntgenstrahlen von diesem Zielkörper auszustrahlen. Im Röntgengenerator kann die Positionsbeziehung zwischen einem Bestrahlungsbereich des Elektronenstrahls und dem Zielkörper von der am Beginn des Betriebs des Generators abweichen, und zwar wegen Faktoren wie zum Beispiel der thermischen Ausdehnung von Bestandteilen des Generators. Variiert die Positionsbeziehung zwischen dem Bestrahlungsbereich des Elektronenstrahls und dem Zielkörper, wird es schwierig, eine gewünschte Menge an Röntgenstrahlen zu erzielen, da der Elektronenstrahl nur auf einen Teil des Zielkörpers auftrifft.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Röntgengenerator zur Verfügung zu stellen, der eine gewünschte Menge an Röntgenstrahlen auf einer stabilen Grundlage erzielen kann, wobei die Abweichung bei der Positionsbeziehung zwischen dem Bestrahlungsbereich des Elektronenstrahls und dem Zielkörper unterdrückt wird.
Ein Röntgengenerator nach der vorliegenden Erfindung ist ein Röntgengenerator, der Folgendes umfasst: eine Elektronenkanone zur Emission eines Elektronenstrahls; eine Zieleinheit mit einem Substrat und ein Zielkörper, der im Substrat eingelassen ist und aus einem Material besteht, um beim Einfall des Elektronenstrahls Röntgenstrahlen zu erzeugen; eine Elektronenstrahl-Ablenkeinheit, die eine Bewegungsbahn des von der Elektronenkanone emittierten Elektronenstrahls ändern kann; eine Erfassungseinheit zur Erfassung der vom Zielkörper reflektierten Elektronen oder der vom Zielkörper erzeugten Röntgenstrahlen oder eines Targetstroms; sowie eine Steuereinheit zur Steuerung der Elektronenstrahl-Ablenkeinheit auf der Grundlage eines erfassten Signals von der Erfassungseinheit, wobei ein Bestrahlungsbereich des Elektronenstrahls auf der Zieleinheit einen Zielkörper umfasst, und wobei die Steuereinheit die Elektronenstrahl-Ablenkeinheit so steuert, dass der Bestrahlungsbereich auf der Zieleinheit zweidimensional gescannt wird, so dass sich der Zielkörper ständig im Bestrahlungsbereich des Elektronenstrahls auf der Zieleinheit befindet.
Im Röntgengenerator nach der vorliegenden Erfindung steuert die Steuereinheit die Elektronenstrahl-Ablenkeinheit, um den Bestrahlungsbereich auf der Zieleinheit zweidimensional zu scannen, so dass sich der Zielkörper ständig im Bestrahlungsbereich des Elektronenstrahls auf der Zieleinheit befindet. Demzufolge wird eine Abweichung der Positionsbeziehung zwischen dem Bestrahlungsbereich des Elektronenstrahls und dem Zielkörper unterdrückt. Als Ergebnis dessen ermöglicht die vorliegende Erfindung, dass der Generator eine gewünschte Menge an Röntgenstrahlen auf einer stabilen Basis erzielt.
Der Röntgengenerator kann wie folgt angeordnet werden: Die Steuereinheit steuert die Elektronenstrahl-Ablenkeinheit, so dass der Bestrahlungsbereich auf der Zieleinheit mittels Rotationsscan in einem Zustand erfasst wird, in dem sich der Zielkörper im Bestrahlungsbereich des Elektronenstrahls auf der Zieleinheit befindet. In diesem Fall wird die Menge an Röntgenstrahlen, die man durch die Bestrahlung mit dem Elektronenstrahl erzielt, praktisch konstant, und die Steuerung kann so erfolgen, dass der Zustand der Erzeugung von Röntgenstrahlen stabilisiert wird.
Der Röntgengenerator kann wie folgt angeordnet werden: Die Erfassungseinheit erfasst die vom Zielkörper reflektierten Elektronen oder die vom Zielkörper erzeugten Röntgenstrahlen. Die Steuereinheit stellt fest, ob die von der Erfassungseinheit erfasste Menge konstant ist. Wenn die Steuereinheit feststellt, dass die erfasste Menge nicht konstant ist, steuert die Steuereinheit die Elektronenstrahl-Ablenkeinheit so, dass sich ein Mittelpunkt eines Rotationsscans in eine Richtung bewegt, um die erfasste Menge zu erhöhen. In diesem Fall ist es technisch möglich, die Steuerung zur Stabilisierung des Zustands der Erzeugung von Röntgenstrahlen sicher und leicht auszuführen.
Der Röntgengenerator kann wie folgt angeordnet werden: Die Erfassungseinheit erfasst den Targetstrom. Die Steuereinheit stellt fest, ob die von der Erfassungseinheit erfasste Menge konstant ist. Wenn die Steuereinheit feststellt, dass die erfasste Menge nicht konstant ist, steuert die Steuereinheit die Elektronenstrahl-Ablenkeinheit so, dass sich ein Mittelpunkt eines Rotationsscans in eine Richtung bewegt, um die erfasste Menge zu verringern. In diesem Fall ist es technisch möglich, die Steuerung zur Stabilisierung des Zustands der Erzeugung von Röntgenstrahlen sicher und leicht auszuführen.
Der Röntgengenerator kann wie folgt angeordnet werden: Die Steuereinheit steuert die Elektronenstrahl-Ablenkeinheit, so dass der Bestrahlungsbereich in zwei sich überkreuzenden Richtungen auf der Zieleinheit in einem Zustand gescannt wird, in dem sich der Zielkörper im Bestrahlungsbereich des Elektronenstrahls auf der Zieleinheit befindet. In diesem Fall wird es technisch möglich, die Steuerung so auszuführen, dass die durch die Bestrahlung mit einem Elektronenstrahl erhaltene Menge an Röntgenstrahlen maximiert wird.
Der Röntgengenerator kann wie folgt angeordnet werden: Die Erfassungseinheit erfasst die vom Zielkörper reflektierten Elektronen oder die vom Zielkörper erzeugten Röntgenstrahlen, und die Steuereinheit steuert die Elektronenstrahl-Ablenkeinheit so, dass eine durch die Erfassungseinheit erfasste Menge in jeder der beiden zuvor genannten Richtungen maximiert wird. In diesem Fall ist es technisch möglich, die Steuerung zur Erzielung einer maximalen Menge an Röntgenstrahlen sicher und leicht auszuführen.
Der Röntgengenerator kann wie folgt angeordnet werden: Die Erfassungseinheit erfasst den Targetstrom, und die Steuereinheit steuert die Elektronenstrahl-Ablenkeinheit so, dass eine durch die Erfassungseinheit erfasste Menge in jeder der beiden zuvor genannten Richtungen minimiert wird. In diesem Fall ist es technisch möglich, die Steuerung zur Erzielung einer maximalen Menge an Röntgenstrahlen sicher und leicht auszuführen.
Der Röntgengenerator kann wie folgt angeordnet werden: Wenn sich der Zielkörper nicht im Bestrahlungsbereich des Elektronenstrahls auf der Zieleinheit befindet, scannt die Steuereinheit den Elektronenstrahl zweidimensional, bis sich der Zielkörper im Bestrahlungsbereich befindet, um eine Position des Zielkörpers anzugeben. In diesem Fall ist es technisch möglich, die Position des Zielkörpers sicher und leicht anzugeben, selbst wenn sich der Zielkörper nicht im Bestrahlungsbereich des Elektronenstrahls auf der Zieleinheit befindet.
Der Röntgengenerator kann wie folgt angeordnet werden: Wenn sich der Zielkörper nicht im Bestrahlungsbereich des Elektronenstrahls auf der Zieleinheit befindet, defokussiert die Steuereinheit den Elektronenstrahl, bis sich der Zielkörper im Bestrahlungsbereich befindet, um eine Position des Zielkörpers anzugeben. In diesem Fall ist es technisch möglich, die Position des Zielkörpers sicher und leicht anzugeben, selbst wenn sich der Zielkörper nicht im Bestrahlungsbereich des Elektronenstrahls auf der Zieleinheit befindet.
Der Röntgengenerator kann wie folgt angeordnet werden: Die Steuereinheit steuert die Elektronenstrahl-Ablenkeinheit, so dass der fokussierte Elektronenstrahl entlang einer kreisförmigen Bahn gescannt wird, die einem Profil des Bestrahlungsbereichs des defokussierten Elektronenstrahls einschließlich Zielkörper entspricht. In diesem Fall ist es technisch möglich, den Elektronenstrahl sicher und leicht zu scannen, so dass sich der Zielkörper im Bestrahlungsbereich des Elektronenstrahls befindet, nachdem die Position des Zielkörpers angegeben wird.
Die vorliegende Erfindung stellt erfolgreich einen Röntgengenerator zur Verfügung, der eine gewünschte Menge an Röntgenstrahlen auf einer stabilen Grundlage erzielen kann, wobei die Abweichung bei der Positionsbeziehung zwischen dem Bestrahlungsbereich des Elektronenstrahls und dem Zielkörper unterdrückt wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Darstellung der Anordnung, die einen Röntgengenerator nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist eine Zeichnung, die eine Anordnung einer Zieleinheit veranschaulicht.
3 ist ein Ablaufschema, das die Steuerung an einem Spulenteil durch eine Steuereinheit erläutert.
4 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Steuerung am Spulenteil durch die Steuereinheit.
5 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Steuerung am Spulenteil durch die Steuereinheit.
6 ist eine grafische Darstellung, die ein Beispiel des Verhältnisses zwischen den Positionen auf einer kreisförmigen Bahn in einem Rotationsscan und der Intensität der reflektierten Elektronen veranschaulicht.
7 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Steuerung am Spulenteil durch die Steuereinheit.
8 ist eine grafische Darstellung, die ein Beispiel des Verhältnisses zwischen den Positionen auf einer kreisförmigen Bahn in einem Rotationsscan und der Intensität der reflektierten Elektronen veranschaulicht.
9 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Steuerung am Spulenteil durch die Steuereinheit.
10 ist eine grafische Darstellung, die ein Beispiel des Verhältnisses zwischen den Positionen auf einer kreisförmigen Bahn in einem Rotationsscan und der Intensität der reflektierten Elektronen veranschaulicht.
11 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Steuerung am Spulenteil durch die Steuereinheit.
12 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Steuerung am Spulenteil durch die Steuereinheit.
13 ist ein Ablaufschema zur Erläuterung einer weiteren Steuerung am Spulenteil durch die Steuereinheit.
14 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Steuerung am Spulenteil durch die Steuereinheit.
15 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Steuerung am Spulenteil durch die Steuereinheit.
16 ist eine grafische Darstellung, die ein Beispiel des Verhältnisses zwischen den Positionen in einem Scan in Richtung der Y-Achse und der Intensität der reflektierten Elektronen veranschaulicht.
17 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Steuerung am Spulenteil durch die Steuereinheit.
18 ist eine grafische Darstellung, die ein Beispiel des Verhältnisses zwischen den Positionen in einem Scan in Richtung der X-Achse und der Intensität der reflektierten Elektronen veranschaulicht.
19 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Erfassung einer Position eines Zielkörpers.
20 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Erfassung der Position des Zielkörpers.
21 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Erfassung der Position des Zielkörpers.
22 ist eine grafische Darstellung, die ein Beispiel des Verhältnisses zwischen den Positionen auf einer kreisförmigen Bahn in einem Rotationsscan und der Intensität der reflektierten Elektronen veranschaulicht.
23 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Erfassung der Position des Zielkörpers.
24 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Erfassung der Position des Zielkörpers.
25 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Erfassung der Position des Zielkörpers.
26 ist eine schematische Darstellung der Anordnung, die ein modifiziertes Beispiel des Röntgengenerators nach der Ausführungsform veranschaulicht.
27 ist eine schematische Darstellung der Anordnung, die ein weiteres modifiziertes Beispiel des Röntgengenerators nach der Ausführungsform veranschaulicht.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend im Einzelnen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. In der Beschreibung werden identische Elemente oder Elemente mit identischen Funktionen durch die gleichen Referenzzeichen bezeichnet, ohne überflüssige Beschreibung.
Zuerst wird eine Anordnung eines Röntgengenerators nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 1 beschrieben. 1 ist eine schematische Darstellung der Anordnung, die einen Röntgengenerator nach der vorliegenden Ausführungsform zeigt.
Der Röntgengenerator 1 ist ein offener Typ und kann optional einen Vakuumzustand erzeugen, und zwar im Gegensatz zum geschlossenen Typ, der nach Gebrauch entsorgt wird. Der Röntgengenerator 1 ermöglicht den Austausch einer Zieleinheit T, einer Kathode einer Elektronenkanone 3 und so weiter. Der Röntgengenerator 1 weist einen zylindrischen Abschnitt 5 aus Edelstahl auf, der eine zylindrische Form hat. Der Innenraum des zylindrischen Abschnitts 5 wird während des Betriebs in einen Vakuumzustand versetzt. Der zylindrische Abschnitt 5 besteht aus einem festen Teilstück 5a, das sich unten befindet, und einem abnehmbaren Teilstück 5b, das sich oben befindet. Das abnehmbare Teilstück 5b ist durch ein Scharnier (nicht dargestellt) mit dem festen Teilstück 5a verbunden. Wenn das abnehmbare Teilstück 5b in eine horizontale Position durch das Scharnier gedreht wird, öffnet sich somit der obere Teil des festen Teilstücks 5a. Dadurch ist ein Zugang zur Elektronenkanone 3 (Kathode), die sich im festen Teilstück 5a befindet, technisch möglich.
Ein rohrförmiges Spulenteil 7, das als Fokussierlinse fungiert, und ein rohrförmiges Spulenteil 9, das als Ablenkspule (Elektronenstrahl-Ablenkeinheit) fungiert, sind im abnehmbaren Teilstück 5b vorgesehen. Ein Elektronendurchgang 11 erstreckt sich in Längsrichtung des zylindrischen Abschnitts 5 so, dass die Mitte der Spulenteile 7, 9 im abnehmbaren Teilstück 5b passiert wird. Der Elektronendurchgang 11 wird von den Spulenteilen 7, 9 umgeben. Eine scheibenförmige Platte 13 ist am unteren Ende des abnehmbaren Teilstücks 5b als Abschluss angebracht. In der Mitte der scheibenförmigen Platte 13 wird eine Elektronen-Einlassöffnung 13a ausgebildet, so dass diese mit dem unteren Ende des Elektronendurchgangs 11 ausgerichtet ist.
Das obere Ende des abnehmbaren Teilstücks 5b ist in Form eines kreisförmigen Kegelstumpfs ausgebildet. Die Zieleinheit T, die sich am oberen Ende des Elektronendurchgangs 11 befindet und die ein für Röntgenstrahlen durchlässiges Austrittsfenster ausbildet, ist oben auf dem abnehmbaren Teilstück 5b montiert. Die Zieleinheit T befindet sich in einem geerdeten, abnehmbaren, drehbaren Aufsatzteil (nicht dargestellt). Wenn das Aufsatzteil entfernt wird, wird es demzufolge technisch möglich, Verschleißteile der Zieleinheit T auszutauschen.
Eine Vakuumpumpe 17 ist an dem festen Teilstück 5a befestigt. Die Vakuumpumpe 17 versetzt den gesamten Innenraum des zylindrischen Abschnitts 5 in einen Hochvakuumzustand. Da der Röntgengenerator 1 mit der Vakuumpumpe 17 ausgestattet ist, wird es technisch möglich, die Zieleinheit T, die Kathode und so weiter auszutauschen.
Eine geformte Stromversorgungseinheit 19, die in die Elektronenkanone 3 integriert ist, ist am unteren Ende des zylindrischen Abschnitts 5 befestigt. Die geformte Stromversorgungseinheit 19 wird aus einem elektrisch isolierenden Harz (z. B. Epoxidharz) geformt und befindet sich in einem Metallgehäuse.
Eine Einheit zur Erzeugung von Hochspannung (nicht dargestellt) ist in der geformten Stromversorgungseinheit 19 dicht verschlossen. Die Einheit zur Erzeugung von Hochspannung weist einen Transformator zur Erzeugung von Hochspannung auf (z. B. bis zu 160 kV in dem Fall, dass die Zieleinheit T geerdet ist). Die geformte Stromversorgungseinheit 19 besteht aus dem Stromversorgungs-Hauptkörper 19a in einer quaderförmigen Blockform, der sich auf der unteren Seite befindet, sowie einem Halsteil 19b in Form einer zylindrischen Säule, die aufwärts gerichtet vom Stromversorgungs-Hauptkörper 19a in den festen Abschnitt 5a ragt. Die Einheit zur Erzeugung von Hochspannung ist in dem Stromversorgungs-Hauptkörper 19a dicht verschlossen. Die Elektronenkanone 3, die so angeordnet ist, dass sie in Richtung der Zieleinheit T mit dem Elektronendurchgang 11 dazwischen liegt, ist am entfernten Ende des Halsteils 19b montiert. Eine Einheit zur Steuerung der Elektronenemission (nicht dargestellt), die elektrisch an die Einheit zur Erzeugung von Hochspannung angeschlossen ist, ist im Stromversorgungs-Hauptkörper 19a der geformten Stromversorgung 19 dicht verschlossen. Die Einheit zur Steuerung der Elektronenemission ist mit der Elektronenkanone 3 verbunden, um die zeitliche Abfolge der Emission von Elektronen, einen Röhrenstrom usw. zu steuern.
Die Zieleinheit T, wie außerdem in 2 dargestellt ist, weist ein Substrat 21 und einen Zielkörper 23 auf. Das Substrat 21 besteht aus einem Material mit ausgezeichneten Eigenschaften zur Weiterleitung von Röntgenstrahlen und Wärme, z. B. Diamant, in Plattenform. Das Substrat 21 weist eine erste und eine zweite Hauptfläche 21a, 21b auf, die einander gegenüber liegen. Die Dicke des Substrats 21 ist zum Beispiel auf ca. 100 μm festgelegt. Der Zielkörper 23 befindet sich auf der Seite der ersten Hauptfläche 21a des Substrats 21. Der Zielkörper besteht aus einem Metall (z. B. Wolfram, Gold, Platin oder Ähnliches), einem Material, das verschieden von dem des Substrats 21 ist, weist eine zylindrische Säulenform auf und ist im Größenbereich von Nanometern (z. B. mit einem Außendurchmesser von ca. 100 nm). In der vorliegenden Ausführungsform wird Wolfram (W) als Metall des Zielkörpers 23 verwendet.
Es wird nochmals auf 1 Bezug genommen. Der Röntgengenerator 1 ist mit einem Detektor für reflektierte Elektronen 31 als Erfassungseinheit für reflektierte Elektronen sowie einer Steuereinheit 33 als Steuereinheit ausgestattet. Der Detektor für reflektierte Elektronen 31 ist an der oberen Seite des abnehmbaren Teilstücks 5b so angeordnet, dass er auf den Zielkörper 23 ausgerichtet ist, und zwar über einen nicht dargestellten Weg oder an einer Position, wo er nicht den Weg des Elektronenstrahls EB zur Zieleinheit T im Elektronendurchgang 11 und umgekehrt beeinträchtigt. Der Detektor für reflektierte Elektronen 31 erfasst Elektronen (reflektierte Elektronen), die von der Zieleinheit T (dem Zielkörper 23) reflektiert werden.
Die Steuereinheit 33 steuert die Einheit zur Erzeugung von Hochspannung und die Einheit zur Steuerung der Elektronenemission der geformten Stromversorgungseinheit 19. Durch diese Steuerung liegt eine vorgegebene Stromstärke oder Spannung zwischen der Elektronenkanone 3 und der Zieleinheit T (Zielkörper 23) an, wobei ein Elektronenstrahl EB von der Elektronenkanone 3 emittiert wird. Der von der Elektronenkanone 3 emittierte Elektronenstrahl EB wird entsprechend vom Spulenteil 7, das von der Steuereinheit 33 gesteuert wird, konvergiert, um auf den Zielkörper 23 aufzutreffen. Zu diesem Zeitpunkt wird zum Beispiel der Durchmesser eines Bestrahlungsbereichs des Elektronenstrahls EB auf der Zieleinheit T größer eingestellt als der Durchmesser des Zielkörpers 23, so dass der Zielkörper 23 sich innerhalb des Bestrahlungsbereichs des Elektronenstrahls EB auf der Zieleinheit T befindet, wenn man in senkrechter Richtung auf die Zieleinheit T sieht (d. h. eine Elektroneneinfallrichtung). Fällt der Elektronenstrahl EB auf den Zielkörper 23, strahlt der Zielkörper 23 Röntgenstrahlen XR aus, und die Röntgenstrahlen XR passieren das Substrat 21 und werden nach außen abgestrahlt.
Die Steuereinheit 33 überwacht in Echtzeit die Intensität der reflektierten Elektronen, die vom Detektor für reflektierte Elektronen 31 erfasst werden, und steuert das Spulenteil 9 aufgrund der Intensität der von der Zieleinheit T (dem Zielkörper 23) reflektierten Elektronen und der Positionsangaben, die auf der Zieleinheit T (dem Zielkörper 23) eingestellt sind. Zu diesem Zeitpunkt lenkt das Spulenteil 9 den Elektronenstrahl EB von der Elektronenkanone 3 so ab, dass der Bestrahlungsbereich des Elektronenstrahls EB auf der Zieleinheit T zweidimensional gescannt wird.
Wird eine Substanz mit dem Elektronenstrahl EB bestrahlt, emittiert sie reflektierte Elektronen in einer Menge, die von der Ordnungszahl der Substanz abhängig ist (sie emittiert mehr reflektierte Elektronen mit steigender Ordnungszahl). Da In der vorliegenden Ausführungsform der Zielkörper 23 aus Wolfram im Substrat 21 aus Diamant eingelassen ist, kann festgelegt werden, dass sich der Zielkörper 23 an einer Stelle befindet, an der mehr reflektierte Elektronen erfasst werden. Dann steuert die Steuereinheit 33 die Ablenkung des Elektronenstrahls EB so, dass mehr reflektierte Elektronen erzielt werden.
Nachfolgend wird ein Beispiel für die Steuerung des Spulenteils 9 durch die Steuereinheit 33 unter Bezugnahme auf 3 bis 12 beschrieben. 3 ist ein Ablaufschema zur Erläuterung der Steuerung des Spulenteils durch die Steuereinheit. 4, 5, 7, 9, 11 und 12 sind schematische Darstellungen zur Erläuterung der Steuerung des Spulenteils durch die Steuereinheit. 6, 8 und 10 sind grafische Darstellungen, die ein Beispiel des Verhältnisses zwischen den Positionen auf einer kreisförmigen Bahn in einem Rotationsscan und der Intensität reflektierter Elektronen veranschaulichen. Der Zielkörper 23 ist schraffiert dargestellt.
Zuerst erfasst die Steuereinheit 33 die Position des Zielkörpers 23 (S101) und steuert das Spulenteil 9, um einen Rotationsscan des Bestrahlungsbereichs F des Elektronenstrahls auf der Zieleinheit T (S103) auszuführen. Um die Position des Zielkörpers 23 zu erfassen, ist es eine anwendbare Methode, die Koordinaten des Zielkörpers 23 vorläufig zu erfassen und darauf basierend die Positionsdaten des Zielkörpers 23 festzustellen; die Positionsdaten können aber auch mit der später beschriebenen Technik festgestellt werden.
Im zuvor erwähnten Rotationsscan, scannt, wie in 4 dargestellt ist, der Bestrahlungsbereich F des Elektronenstrahls entlang einer kreisförmigen Bahn mit einem vorgegebenen Radius um einen vorgegebenen Mittelpunkt C herum in einem Zustand, in dem sich mindestens ein Teil des Zielkörpers 23 im Bestrahlungsbereich F des Elektronenstrahls befindet. Zu diesem Zeitpunkt führt der Bestrahlungsbereich F des Elektronenstrahls einen Rotationsscan in einem Zustand aus, in dem sich der gesamt Zielkörper 23 im Bestrahlungsbereich F des Elektronenstrahls befindet (vgl. 5). Eine Menge reflektierter Elektronen oder die Intensität der vom Detektor für reflektierte Elektronen 31 erfassten reflektierten Elektronen wird bei einem vorgegebenen Wert (Maximum) konstant, wie in 6 dargestellt ist. Aus diesem Grund kann ein gewünschter Röntgenzustand erzielt werden, wenn die Position des Elektronenstrahlpunkts so festgelegt werden kann, dass die Intensität der reflektierten Elektronen das vorgegebene Maximum erreicht.
In einem Zustand, in dem der Mittelpunkt C der kreisförmigen Bahn beim Rotationsscan mit dem Mittelpunkt des Zielkörpers 23 übereinstimmt (vgl. 7), ist übrigens der gesamte Zielkörper 23 nicht im Bestrahlungsbereich F des Elektronenstrahls eingeschlossen, die Intensität der reflektierten Elektronen kann aber bei einem Wert konstant sein, der kleiner als das Maximum ist (ein Merkmal, das durch eine durchbrochene Linie in 8 gekennzeichnet ist), wie in 8 dargestellt wird.
Demzufolge bestimmt die Steuereinheit 33, ob die vom Detektor für reflektierte Elektronen 31 erfasste Intensität der reflektierten Elektronen ungefähr bei einem vorgegebenen Wert (S105) konstant ist. Wenn die Intensität der reflektierten Elektronen ungefähr bei einem vorgegebenen Wert konstant ist, wird der Rotationsscan fortgesetzt, um den Zustand beizubehalten, bei dem sich der gesamte Zielkörper 23 im Bestrahlungsbereich F des Elektronenstrahls befindet, wie in 5 dargestellt ist.
Wenn die Größe des Bereichs des Zielkörpers 23, der sich im Bestrahlungsbereich F des Elektronenstrahls befindet, je nach der Position auf der kreisförmigen Bahn variiert (vgl. 9), schwankt die Intensität der reflektierten Elektronen, wie in 10 dargestellt ist. Demzufolge werden, wenn die Intensität der reflektierten Elektronen praktisch nicht bei einem vorgegebenen Wert konstant ist, die schwankenden Daten der Intensität der reflektierten Elektronen mit den Positionsangaben auf der kreisförmigen Bahn verglichen und der Mittelpunkt C der kreisförmigen Bahn wird in eine Richtung verschoben, um den Wert zu erhöhen (S107). Dann kehrt die Steuereinheit zu S103 zurück und scannt den Bestrahlungsbereich P des Elektronenstrahls entlang einer neuen kreisförmigen Bahn nach der Verschiebung des Mittelpunkts C, und die Steuerung wird dann fortgesetzt.
Befindet sich mindestens ein Teil des Zielkörpers 23 im Bestrahlungsbereich F des Elektronenstrahls, ist es nicht erforderlich, den Radius der kreisförmigen Bahn im Rotationsscan auf einen größeren Wert als notwendig einzustellen. Demzufolge wird der Mittelpunkt C der kreisförmigen Bahn CO (Bahn des Mittelpunkts des Bestrahlungsbereichs F) im Rotationsscan vorzugsweise im Bestrahlungsbereich F des Elektronenstrahls festgelegt (einschließlich einer Grenzlinie des Bestrahlungsbereichs F), wie in 11 dargestellt ist. Der Radius der kreisförmigen Bahn im Rotationsscan (der Abstand zwischen dem Mittelpunkt C der kreisförmigen Bahn und dem Mittelpunkt des Bestrahlungsbereichs F) ist vorzugsweise kleiner als der Radius des Bestrahlungsbereichs F.
Der Radius der kreisförmigen Bahn im Rotationsscan kann ein konstanter Wert sein, der vorläufig festgelegt wird, oder er kann schrittweise aufgrund des Wertes der Intensität der reflektierten Elektronen verringert werden. Durch Verringerung des Radius der kreisförmigen Bahn im Rotationsscan wird es technisch möglich, eine adäquatere Bestrahlung mit dem Elektronenstrahl auszuführen. Insbesondere in einem Fall, bei dem der Mittelpunkt der kreisförmigen Bahn im Rotationsscan mit dem Mittelpunkt des Zielkörpers 23 übereinstimmt, wird, wie oben beschrieben, die Intensität der reflektierten Elektronen konstant, die Intensität der reflektierten Elektronen erhöht sich aber mit Verringerung des Radius der kreisförmigen Bahn, wie in 12 dargestellt ist.
Der oben erwähnte Rotationsscan muss nicht ständig fortgesetzt werden. Wenn zum Beispiel die Intensität der reflektierten Elektronen ungefähr konstant auf dem gewünschten Wert ist, kann der Rotationsscan unterbrochen werden, und die Position des Bestrahlungsbereichs F des Elektronenstrahls kann festgesetzt werden. Dann kann der Rotationsscan nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit (z. B. 5 Minuten oder so) wieder neu gestartet werden. Eine andere anwendbare Methode ist es, die Intensität der reflektierten Elektronen durch den Detektor für reflektierte Elektronen 31 in einem Zustand zu überwachen, bei dem die Position des Bestrahlungsbereichs F des Elektronenstrahls festgelegt ist, und den Rotationsscan bei einer Verringerung der Intensität der reflektierten Elektronen wieder neu zu starten.
Im Röntgengenerator kann sich die Positionsbeziehung zwischen dem Bestrahlungsbereich F des Elektronenstrahls und dem Zielkörper im Vergleich zu der zu Beginn des Betriebs des Generators verändern, und zwar aufgrund der folgenden Faktoren.
Zum Beispiel dehnt sich die Elektronenkanone durch die von ihr erzeugte Wärme aus, wodurch sich die Position der Emission des Elektronenstrahls verschiebt. Damit wird die Ankunftsposition des Elektronenstrahls auf der Zieleinheit (dem Zielkörper) verändert.
Die Form der Elektronenlinse ändert sich zum Beispiel aufgrund der Wärmeentwicklung und Ausdehnung der Spulenteile, die die Elektronenbahn und Fokussierung des Elektronenstrahls steuern. Dies ändert die Bahn des Elektronenstrahls.
Zum Beispiel wird Karbid (das aus Vakuumfett oder Ähnlichem stammt, das zum Abdichten des Röntgengenerators verwendet wird) durch die Bestrahlung mit dem Elektronenstrahl zersetzt und das zersetzte Karbid lagert sich im Inneren des Gehäuses ab, z. B. am Elektronendurchgang, und verursacht dort eine Aufladung. Diese Aufladung führt dazu, dass das elektrische Feld nicht einheitlich ist, und ändert so die Bahn des Elektronenstrahls.
Im Röntgengenerator 1 der vorliegenden Ausführungsform steuert jedoch die Steuereinheit 33 das Spulenteil 9, um den Bestrahlungsbereich F des Elektronenstrahls auf der Zieleinheit T zweidimensional zu scannen und so die Position des Zielkörpers 23 anzugeben. Diese Steuerung wird ausgeführt, damit sich der Zielkörper 23 ständig im Bestrahlungsbereich F des Elektronenstrahls auf der Zieleinheit T befindet. Diese Steuerung unterdrückt die Änderung der Positionsbeziehung zwischen dem Bestrahlungsbereich F des Elektronenstrahls und dem Zielkörper 23. Als Ergebnis ermöglicht die vorliegende Ausführungsform, dass eine gewünschte Menge an Röntgenstrahlen und ein gewünschter Brennpunktdurchmesser der Röntgenstrahlen auf stabiler Grundlage erreicht werden.
In der vorliegenden Ausführungsform steuert die Steuereinheit 33 insbesondere das Spulenteil 9 so, dass es einen Rotationsscan des Bestrahlungsbereichs F des Elektronenstrahls auf der Zieleinheit T in einem Zustand ausführt, bei dem sich der Zielkörper 23 im Bestrahlungsbereich F des Elektronenstrahls auf der Zieleinheit T befindet. Dies macht es möglich, dass der Röntgengenerator 1 durch die Bestrahlung mit dem Elektronenstrahl Röntgenstrahlen in einer praktisch konstanten Menge erzeugt und eine Steuerung zur Stabilisierung des Zustands der Erzeugung von Röntgenstrahlen erfolgt.
In der vorliegenden Ausführungsform bestimmt die Steuereinheit 33, ob die Menge der vom Detektor für reflektierte Elektronen 31 erfassten reflektierten Elektronen (Intensität der reflektierten Elektronen) konstant ist. Wenn festgestellt wird, dass sie nicht konstant ist, steuert die Steuereinheit 33 das Spulenteil 9 so, dass der Mittelpunkt der kreisförmigen Bahn im Rotationsscan in einer Richtung verschoben wird, um die Intensität der reflektierten Elektronen zu verringern. Damit ist es möglich, dass der Röntgengenerator 1 sicher und leicht die Steuerung zur Stabilisierung des Zustands der Erzeugung von Röntgenstrahlen ausführt.
Der Röntgengenerator 1 der vorliegenden Ausführungsform erreicht die Auflösung, die durch die Größe des Zielkörpers 23 bestimmt wird. Da sich der Zielkörper 23 im Größenbereich von Nanometern befindet, wird die Verschlechterung der Auflösung unterdrückt, ohne den Brennpunktdurchmesser der Röntgenstrahlen zu erhöhen. Dementsprechend ist der Röntgengenerator 1 in der Lage, eine Auflösung in der Größenordnung von Nanometern (mehrere Zehn bis mehrere Hundert nm) zu erreichen, während die Menge der Röntgenstrahlen erhöht wird.
Nachfolgend wird ein weiteres Beispiel für die Steuerung des Spulenteils 9 durch die Steuereinheit 33 unter Bezugnahme auf 13 bis 18 beschrieben. 13 ist ein Ablaufschema zur Erläuterung der Steuerung des Spulenteils durch die Steuereinheit. 14, 15 und 17 sind schematische Darstellungen zur Erläuterung der Steuerung des Spulenteils durch die Steuereinheit. 16 und 18 sind grafische Darstellungen, die jeweils ein Beispiel des Verhältnisses zwischen den Positionen auf einer geraden Bahn in einem Scan in X- oder Y-Richtung und der Intensität reflektierter Elektronen veranschaulichen.
Zuerst erfasst die Steuereinheit 33 die Position des Zielkörpers 23 (S201) und steuert das Spulenteil 9 so, dass der Bestrahlungsbereich F des Elektronenstrahls in einer der beiden sich überschneidenden Richtungen auf der Zieleinheit T gescannt wird (S203). Zur Erfassung der Position des Zielkörpers 23 ist, wie oben beschrieben, eine anwendbare Methode die vorläufige Erfassung der Koordinaten des Zielkörpers 23 und darauf basierend die Ermittlung der Positionsdaten des Zielkörpers 23; oder die Positionsdaten können durch die später beschriebene Methode festgestellt werden. Im vorliegenden Beispiel wird nachfolgend angenommen, dass die beiden sich überschneidenden Richtungen senkrecht zueinander verlaufende Richtungen sind, wobei eine die Y-Richtung und die andere die X-Richtung ist.
Beim Scannen in Y-Richtung scannt, wie in 14 dargestellt ist, der Bestrahlungsbereich F des Elektronenstrahls entlang einer Y-Richtung vor und zurück in einem Zustand, in dem sich mindestens ein Teil des Zielkörpers 23 im Bestrahlungsbereich F des Elektronenstrahls befindet. Wenn zum Beispiel der Bestrahlungsbereich F des Elektronenstrahls von unten nach oben in Richtung der Y-Achse über einen Zustand scannt, in dem sich der gesamte Zielkörper 23 im Bestrahlungsbereich F des Elektronenstrahls befindet, wie in 15 dargestellt ist, erhöht sich die Menge der vom Detektor für reflektierte Elektronen 31 erfassten reflektierten Elektronen (die Intensität der reflektierten Elektronen) von der Position aus, wo sich der Bestrahlungsbereich F des Elektronenstrahls in der niedrigsten Position befindet, bis zu der Position, in der der Mittelpunkt des Bestrahlungsbereichs F des Elektronenstrahls mit der Position des Mittelpunkts des Zielkörpers 23 in Richtung der Y-Achse zusammentrifft, wie in 16 dargestellt ist. Wenn der Bestrahlungsbereich F des Elektronenstrahls von der Position aus, an der der Mittelpunkt des Bestrahlungsbereichs F des Elektronenstrahls mit der Position des Mittelpunkts des Zielkörpers 23 in Richtung der Y-Achse zusammentrifft, weiter nach oben scannt, verringert sich die Intensität der reflektierten Elektronen. Wenn die Intensität der reflektierten Elektronen beginnt abzunehmen, wird die Scanrichtung umgekehrt, um den Bestrahlungsbereich F des Elektronenstrahls von oben nach unten in Richtung der Y-Achse zu scannen. Durch Wiederholung dieses Vorgangs wird es technisch möglich, die Position in Richtung der Y-Achse anzugeben, wo die Intensität der reflektierten Elektronen einen Maximalwert erreicht.
In S203 steuert nämlich die Steuereinheit 33 das Spulenteil 9 so, dass der Bestrahlungsbereich F des Elektronenstrahls um eine vorgegebene Länge in Plus-Richtung der Y-Achse verschoben wird. Dann stellt die Steuereinheit 33 fest, ob sich die vom Detektor für reflektierte Elektronen 31 erfasste Intensität der reflektierten Elektronen verringert hat (S205). Wird festgestellt, dass sich die Intensität der reflektierten Elektronen nicht verringert hat, kehrt die Steuereinheit zu S203 zurück und steuert das Spulenteil 9 so, dass der Bestrahlungsbereich F des Elektronenstrahls weiter um die vorgegebene Länge in Plus-Richtung der Y-Achse verschoben und der Prozess wiederholt wird.
Andererseits, wenn die Steuereinheit 33 in S205 feststellt, dass sich die Intensität der reflektierten Elektronen verringert hat, steuert sie das Spulenteil 9 so, dass der Bestrahlungsbereich F des Elektronenstrahls um die vorgegebene Länge in Minus-Richtung der Y-Achse verschoben wird (S207). Dann stellt die Steuereinheit 33 fest, ob sich die vom Detektor für reflektierte Elektronen 31 erfasste Intensität der reflektierten Elektronen verringert hat (S209). Wird festgestellt, dass sich die Intensität der reflektierten Elektronen nicht verringert hat, kehrt die Steuereinheit 33 zu S207 zurück und steuert das Spulenteil 9 so, dass der Bestrahlungsbereich F des Elektronenstrahls weiter um die vorgegebene Länge in Minus-Richtung der Y-Achse verschoben und der Prozess wiederholt wird.
Wenn die Steuereinheit 33 in S209 feststellt, dass sich die Intensität der reflektierten Elektronen verringert hat, kehrt sie zu S203 zurück und steuert das Spulenteil 9 so, dass der Bestrahlungsbereich F des Elektronenstrahls weiter um die vorgegebene Länge in Plus-Richtung der Y-Achse verschoben und der Prozess wiederholt wird.
Auf diese Weise stellt die Steuereinheit die Position fest, in der im Bestrahlungsbereich F des Elektronenstrahls die Intensität der reflektierten Elektronen einen Maximalwert in Richtung der Y-Achse erreicht, und legt die Position des Elektronenstrahls in Richtung der Y-Achse fest. Wenn die Steuereinheit 33 in der Lage ist, die Position des Bestrahlungsbereichs F des Elektronenstrahls in Richtung der Y-Achse der Intensität der reflektierten Elektronen zuzuordnen, kann des Weiteren die Steuereinheit 33 so angeordnet werden, dass sie das Spulenteil 9 so steuert, dass die Position der maximalen Intensität der reflektierten Elektronen durch einen einzigen Scan des Bestrahlungsbereichs F des Elektronenstrahls in Richtung der Y-Achse eingenommen wird und der Bestrahlungsbereich F des Elektronenstrahls mit der eingenommenen Position übereinstimmt.
Nachdem die Position des Elektronenstrahls in Richtung der Y-Achse festgelegt wurde, beginnt der Scan in Richtung der X-Achse. Wenn der Bestrahlungsbereich F des Elektronenstrahls von links nach rechts in Richtung der X-Achse sannt, wie in 17 dargestellt ist, erhöht sich die Menge der vom Detektor für reflektierte Elektronen 31 erfassten reflektierten Elektronen (die Intensität der reflektierten Elektronen) von der Position aus, wo sich der Bestrahlungsbereich F des Elektronenstrahls in der äußersten linken Position befindet, bis zu der Position, in der der Mittelpunkt des Bestrahlungsbereichs F des Elektronenstrahls mit der Position des Mittelpunkts des Zielkörpers 23 in Richtung der X-Achse zusammentrifft, wie in 18 dargestellt ist. Wenn der Bestrahlungsbereich F des Elektronenstrahls von der Position aus, an der der Mittelpunkt des Bestrahlungsbereichs F des Elektronenstrahls mit der Position des Mittelpunkts des Zielkörpers 23 in Richtung der X-Achse zusammentrifft, weiter nach rechts scannt, verringert sich die Intensität der reflektierten Elektronen. Wenn die Intensität der reflektierten Elektronen beginnt abzunehmen, wird die Scanrichtung umgekehrt, um den Bestrahlungsbereich F des Elektronenstrahls von rechts nach links in Richtung der X-Achse zu scannen. Durch Wiederholung dieses Vorgangs wird es technisch möglich, die Position in Richtung der X-Achse anzugeben, wo die Intensität der reflektierten Elektronen einen Maximalwert erreicht.
Demzufolge steuert die Steuereinheit 33 das Spulenteil 9 so, dass der Bestrahlungsbereich F des Elektronenstrahls in Richtung der X-Achse in der gleichen Weise gescannt wird, wie es oben für den Scan in Richtung der Y-Achse beschrieben wurde. Dadurch ist es der Steuereinheit möglich, die Position der maximalen Intensität der reflektierten Elektronen ebenfalls in Richtung der X-Achse anzugeben. Auf die detaillierte Beschreibung des Scans in Richtung der X-Achse wird hier verzichtet, indem ”X-Achse” in Klammern den entsprechenden Schritten in 13 hinzugefügt wurde. Auf diese Weise kann die Steuereinheit die Position der maximalen Intensität der reflektierten Elektronen sowohl auf der X-Achse als auch auf der Y-Achse angeben. Die Reihenfolge der Scans in Richtung der X-Achse und in Richtung der Y-Achse kann umgekehrt werden.
Es ist nicht notwendig, die oben beschriebenen Scans in X- und Y-Richtung fortlaufend auszuführen. Wenn zum Beispiel die Intensität der reflektierten Elektronen praktisch konstant auf dem gewünschten Wert ist, kann der Scanvorgang unterbrochen werden, und die Position des Bestrahlungsbereichs F des Elektronenstrahls kann festgesetzt werden. Der Scanvorgang kann nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit (z. B. 5 Minuten oder so) wieder neu gestartet werden. Eine andere anwendbare Methode ist es, die Intensität der reflektierten Elektronen durch den Detektor für reflektierte Elektronen 31 in einem Zustand zu überwachen, bei dem die Position des Bestrahlungsbereichs F des Elektronenstrahls festgelegt ist, und den Scanvorgang bei einer Verringerung der Intensität der reflektierten Elektronen wieder neu zu starten.
Wie oben beschrieben, steuert im vorliegenden Beispiel die Steuereinheit 33 das Spulenteil 9, um den Bestrahlungsbereich F des Elektronenstrahls auf der Zieleinheit T zweidimensional zu scannen und so die Position des Zielkörpers 23 anzugeben. Diese Steuerung wird ausgeführt, damit sich der Zielkörper 23 ständig im Bestrahlungsbereich F des Elektronenstrahls auf der Zieleinheit T befindet. Diese Steuerung ermöglicht es dem Generator, die Änderung der Positionsbeziehung zwischen dem Bestrahlungsbereich F des Elektronenstrahls und dem Zielkörper 23 zu unterdrücken und somit die gewünschte Menge an Röntgenstrahlen und einen gewünschten Brennpunktdurchmesser der Röntgenstrahlen auf stabiler Grundlage zu erreichen.
Insbesondere steuert im vorliegenden Beispiel die Steuereinheit 33 das Spulenteil 9 so, dass es den Bestrahlungsbereich F des Elektronenstrahls auf der Zieleinheit T in zwei einander überschneidende Richtung (in Richtung der X-Achse und in die der Y-Achse) scannt, und zwar in einem Zustand, in dem sich der Zielkörper 23 im Bestrahlungsbereich F des Elektronenstrahls auf der Zieleinheit T befindet.
Im vorliegenden Beispiel steuert die Steuereinheit 33 das Spulenteil 9 so, dass die vom Detektor für reflektierte Elektronen 31 erfasste Menge in jeder der beiden Richtungen maximiert wird. Dies ermöglicht es der Steuereinheit, sicher und leicht die Steuerung auszuführen, um eine maximale Menge an Röntgenstrahlen zu erzielen.
In einem Fall, bei dem der Bestrahlungsbereich F des Elektronenstrahls sich völlig außerhalb des Zielkörpers 23 befindet und bei dem sich der Zielkörper 23 nicht im Bestrahlungsbereich F des Elektronenstrahls befindet, können die Position des Zielkörpers 23 durch das zweidimensionale Scannen des Bereichs auf der Zieleinheit T erfasst werden, wobei die Größe des Bestrahlungsbereichs F beibehalten wird, und ausgehend von der Intensität der reflektierten Elektronen, die vom Detektor für reflektierte Elektronen 31 erfasst wird, die Position des Zielkörpers 23 bestimmt werden. Der zweidimensionale Scanvorgang kann bei diesem Fall ein Rotationsscan oder Scans in zwei einander überschneidende Richtungen des Bestrahlungsbereichs F auf der Zieleinheit T sein. Es ist nämlich ausreichend, eine Position zu erfassen, bei der sich sogar nur ein Teil des Zielkörpers 23 im Bestrahlungsbereich F befindet. In diesen Fallen kann, selbst wenn sich der Zielkörper 23 nicht im Bestrahlungsbereich F des Elektronenstrahls befindet, die Position des Zielkörpers sicher und leicht angegeben werden.
Übrigens kann die Position des Zielkörpers 23 auch durch die nachfolgend beschriebene Technik erfasst werden.
In dem Fall, bei dem der Bestrahlungsbereich F des Elektronenstrahls sich völlig außerhalb des Zielkörpers 23 befindet und bei dem sich der Zielkörper 23 nicht im Bestrahlungsbereich F des Elektronenstrahls befindet, wie in 19 (a) dargestellt ist, wird der Elektronenstrahl in einen Bereich abgelenkt, wo sich ein Teil des Zielkörpers 23 im Bestrahlungsbereich F des Elektronenstrahls befindet und wo reflektierte Elektronen vom Detektor für reflektierte Elektronen 31 erfasst werden (der Bereich, der durch eine durchgezogene Linie in 19 (b) angegeben wird), wie in 19 (b) dargestellt ist. Dies ermöglicht es dem Generator, zumindest den Bereich anzugeben, in dem sich der Zielkörper 23 befindet, und den zu scannenden Bereich festzulegen. Zu diesem Zeitpunkt ist es offensichtlich, dass sich der Zielkörper 23 am Rand der Region befindet. Somit ist es vorzuziehen, einen Rotationsscan auszuführen, so dass der Bereich in der defokussierten Region eingeschlossen wird (in der Zeichnung als gestrichelte Linie angegeben), wie es in 20 dargestellt ist.
Es ist außerdem möglich, den Elektronenstrahl zu defokussieren, bis sich der gesamte Zielkörper 23 innerhalb des Bestrahlungsbereichs F des Elektronenstrahls befindet, wie es in 21 dargestellt ist. Wenn der Elektronenstrahl defokussiert wird, bis sich der gesamte Zielkörper 23 im Bestrahlungsbereich F des Elektronenstrahls befindet, wird die Intensität der reflektierten Elektronen auf einem Radius bei einem vorgegebenen Wert praktisch konstant, da sich der gesamte Zielkörper 23 in dem Bereich befindet, wie es in 22 dargestellt ist.
Aus diesem Grunde kann die Position angegeben werden, wo fast der gesamte Zielkörper 23 eingeschlossen ist, indem ein solcher Rotationsscan wie in 23 ausgeführt wird, so dass der Bereich in einem Kreis eingeschlossen wird (durch eine gestrichelte Linie in der Zeichnung angegeben), wo die Intensität der reflektierten Elektronen beginnt, praktisch konstant zu werden. In diesem Fall ist eine Position, die den Maximalwert angibt, die Position des Zielkörpers 23.
In der Tat verringert sich die Menge der Elektronen pro Flächeneinheit aufgrund der Defokussierung, somit erreicht die Intensität bei einem konstanten Röhrenstrom nicht den konstanten Wert wie in der zuvor erwähnten Darstellung. Dennoch ist es möglich, eine Tendenz der Intensitätsänderung der reflektierten Elektronen zu erfassen und somit eine ungefähre Position zu ermitteln. Es ist außerdem möglich, eine solche Steuerung auszuführen, dass der Wert des Röhrenstroms mit der Defokussierung erhöht wird, um so die Elektronenmenge gleich zu halten.
Wird der Rotationsscan entlang eines Kreises mit einem Radius (in der Zeichnung durch eine gestrichelte Linie angegeben) ausgeführt, der etwas größer ist als der Radius des Kreises, wo die Intensität der reflektierten Elektronen beginnt, praktisch konstant zu werden, wie es in 24 dargestellt ist, ist es technisch möglich, einen Elektronenstrahl in einem Zustand zu erzielen, bei dem das Ziel genau eingeschlossen ist. Durch die Steuerung des Röhrenstroms ist es außerdem möglich, die Position als endgültige Zielposition zu definieren, die dem Maximalwert entspricht, so lange die Daten genau sind. Ein Maß für den zuvor erwähnten Begriff ”etwas größer” ist ein Wert, der den Wert, dem man durch Subtraktion des Durchmessers des Zielkörpers 23 vom Durchmesser des Bestrahlungsbereichs F des Elektronenstrahls erhält, nicht übersteigt, wie es in 25 dargestellt ist.
Wie oben beschrieben, kann die Steuereinheit 33 in der vorliegenden Ausführungsform so angeordnet werden, dass die Position des Zielkörpers 23 durch Defokussieren des Elektronenstrahls bis sich der Zielkörper 23 im Bestrahlungsbereich F befindet angegeben wird, und zwar in einem Fall, bei dem sich der Zielkörper 23 nicht im Bestrahlungsbereich F des Elektronenstrahls auf der Zieleinheit T befindet. Dies ermöglicht es der Steuereinheit die Position des Zielkörpers auch in dem Fall sicher und leicht anzugeben, bei dem sich der Zielkörper 23 nicht im Bestrahlungsbereich F des Elektronenstrahls auf der Zieleinheit T befindet.
Insbesondere steuert die Steuereinheit 33 das Spulenteil 9, um den fokussierten Elektronenstrahl entlang der kreisförmigen Bahn zu scannen, die dem Profil des Bestrahlungsbereichs F des defokussierten Elektronenstrahls entspricht, der den Zielkörper 23 einschließt. Dies ermöglicht es der Steuereinheit, den Scan sicher und leicht auszuführen, um so den Zielkörper 23 in den Bestrahlungsbereich F des Elektronenstrahls einzuschließen, nachdem die Position des Zielkörpers 23 bestimmt wurde.
Vorstehend sind die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben, es ist jedoch anzumerken, dass sich die vorliegende Erfindung in keiner Weise auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern in verschiedener Weise modifiziert werden kann, ohne vom Geist und Bereich der Erfindung abzuweichen.
In der Ausführungsform steuerte die Steuereinheit 33 das Spulenteil 9 aufgrund der Intensität der reflektierten Elektronen, aber, ohne darauf beschränkt zu sein, kann das Spulenteil 9 ebenfalls auf der Grundlage einer charakteristischen Menge an Röntgenstrahlen gesteuert werden. In diesem Fall ist es vorzuziehen, einen Röntgenstrahlendetektor 41 anstelle des Detektors für reflektierte Elektronen 31 zu verwenden, wie es in 26 dargestellt ist. Wird ein Elektronenstrahl auf eine Substanz angelegt, werden Röntgenstrahlen erzeugt. Die Röntgenstrahlen werden in Bremsstrahlung, deren Spektrum kontinuierlich ist, und charakteristische Röntgenstrahlen mit Linienspektrum eingeteilt, wobei die charakteristischen Röntgenstrahlen für jedes Element bestimmte Energien aufweisen. Die Energie der charakteristischen Röntgenstrahlen der K-Serie für Wolfram, aus dem der Zielkörper 23 besteht, beträgt ca. 59,3 keV, die Energie der charakteristischen Röntgenstrahlen der L-Serie für Wolfram betragen ca. 8,4 keV und ca. 9,7 keV. Demzufolge steuert die Steuereinheit 33 die Ablenkung des Elektronenstrahls so, dass die charakteristische Menge an Röntgenstrahlen, die vom Röntgenstrahlendetektor 41 erfasst wird, auf einem vorgegebenen Wert oder einem Maximalwert konstant ist, und zwar in der gleichen Weise, wie im Fall der zuvor erwähnten Intensität der reflektierten Elektronen.
In der Ausführungsform besteht das Substrat 21 aus Diamant und der Zielkörper 23 aus Wolfram. In diesem Fall unterscheidet sich die Menge der Röntgenstrahlen, die vom Substrat 21 durch Bestrahlung mit dem Elektronenstrahl erzeugt wird, beträchtlich von der Menge an Röntgenstrahlen, die vom Zielkörper 23 durch Bestrahlung mit dem Elektronenstrahl erzeugt wird. In dem Fall, bei dem sich die Menge der vom Substrat 21 erzeugten Röntgenstrahlen beträchtlich von der Menge der vom Zielkörper 23 erzeugten Röntgenstrahlen unterscheidet, wie in diesem Fall, kann die Ablenkung des Elektronenstrahls so gesteuert werden, dass anstelle nur der charakteristischen Menge an Röntgenstrahlen die gesamte Menge an Röntgenstrahlen vom Röntgenstrahlendetektor 41 erfasst wird und die vom Röntgenstrahlendetektor 41 erfasste Gesamtmenge an Röntgenstrahlen auf einem vorgegebenen Wert oder einem Maximalwert konstant gehalten wird.
Die Steuereinheit 33 kann das Spulenteil 9 ausgehend von einem Targetstromwert steuern, der von der Zieleinheit T erfasst wird. In diesem Fall ist ein Stromdetektor 51 (Stromdetektoreinheit) zur Erfassung des Targetstroms vorgesehen, wie es in 27 dargestellt ist, und ein Erfassungssignal wird von der Zieleinheit T (Targetstromwert) an die Steuereinheit 33 geleitet. Die Steuereinheit 33 kann selbst mit einer Stromdetektoreinheit ausgestattet sein.
Wird eine Substanz mit einem Elektronenstrahl bestrahlt, absorbiert sie Elektronen in einer Menge, die von der Ordnungszahl der Substanz abhängig ist. Das heißt, je größer die Ordnungszahl, umso kleiner ist der Targetstromwert; je kleiner die Ordnungszahl, umso größer ist der Targetstromwert. Da in der Ausführungsform der Zielkörper 23 aus Wolfram im Substrat 21 aus Diamant eingelassen ist, kann festgestellt werden, dass sich der Zielkörper 23 an einer Stelle befindet, wo der Targetstromwert niedrig ist. Dann steuert die Steuereinheit 33 die Ablenkung des Elektronenstrahls EB so, dass der Targetstromwert kleiner wird. Zum Beispiel stellt die Steuereinheit 33 fest, ob der Targetstromwert konstant ist, und, falls sie feststellt, dass der Targetstromwert nicht konstant ist, kann sie die Ablenkung des Elektronenstrahls EB so steuern, dass der Mittelpunkt des Rotationsscan sich in eine Richtung bewegt, um den Targetstromwert zu verringern. Des Weiteren kann die Steuereinheit 33 so angeordnet werden, dass sie die Ablenkung des Elektronenstrahls EB jeweils in Richtung der Y-Achse und in Richtung der X-Achse steuert, um den Targetstromwert zu minimieren.
Die Anzahl des Zielkörpers 23 muss nicht auf eins beschränkt sein, es können auch zwei oder mehr sein. Es ist möglich, eine Vielzahl von Zielkörpern 23 aus unterschiedlichen Materialien zu verwenden, um Röntgenstrahlen mit unterschiedlicher Energie zu erzeugen. Die Form des Bestrahlungsbereichs F des Elektronenstrahls auf der Zieleinheit T ist nicht auf die Kreisform beschränkt, es kann auch eine Ellipsenform sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2004-028845 [0002]
US 5148462 [0002]

Claims

Röntgengenerator, der umfasst: eine Elektronenkanone zur Emission eines Elektronenstrahls; eine Zieleinheit mit einem Substrat, sowie ein Zielkörper, der im Substrat eingelassen ist und aus einem Material besteht, mit dem beim Auftreffen des Elektronenstrahls Röntgenstrahlen erzeugt werden; eine Elektronenstrahl-Ablenkeinheit, die eine Bewegungsbahn des von der Elektronenkanone emittierten Elektronenstrahls ändern kann; eine Erfassungseinheit zur Erfassung der reflektierten Elektronen vom Zielkörper oder der vom Zielkörper erzeugten Röntgenstrahlen oder eines Targetstroms; und eine Steuereinheit zur Steuerung der Elektronenstrahl-Ablenkeinheit auf der Basis eines Erfassungssignals von der Erfassungseinheit, wobei ein Bestrahlungsbereich des Elektronenstrahls auf der Zieleinheit den Zielkörper einschließt und wobei die Steuereinheit die Elektronenstrahl-Ablenkeinheit so steuert, dass der Bestrahlungsbereich auf der Zieleinheit zweidimensional gescannt wird, so dass sich der Zielkörper ständig im Bestrahlungsbereich des Elektronenstrahls auf der Zieleinheit befindet.
Röntgengenerator nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit die Elektronenstrahl-Ablenkeinheit so steuert, dass der Bestrahlungsbereich auf der Zieleinheit mittels Rotationsscan in einem Zustand erfasst wird, in dem sich der Zielkörper im Bestrahlungsbereich des Elektronenstrahls auf der Zieleinheit befindet.
Röntgengenerator nach Anspruch 2, wobei die Erfassungseinheit die vom Zielkörper reflektierten Elektronen oder die vom Zielkörper erzeugten Röntgenstrahlen erfasst, und wobei die Steuereinheit feststellt, ob eine von der Erfassungseinheit erfasste Menge konstant ist, und wenn die Steuereinheit feststellt, dass die erfasste Menge nicht konstant ist, die Steuereinheit die Elektronenstrahl-Ablenkeinheit so steuert, dass sich ein Mittelpunkt eines Rotationsscans in eine Richtung bewegt, um die erfasste Menge zu erhöhen.
Röntgengenerator nach Anspruch 2, wobei die Erfassungseinheit den Targetstrom erfasst und wobei die Steuereinheit feststellt, ob eine von der Erfassungseinheit erfasste Menge konstant ist, und wenn die Steuereinheit feststellt, dass die erfasste Menge nicht konstant ist, die Steuereinheit die Elektronenstrahl-Ablenkeinheit so steuert, dass sich ein Mittelpunkt eines Rotationsscans in eine Richtung bewegt, um die erfasste Menge zu verringern.
Röntgengenerator nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit die Elektronenstrahl-Ablenkeinheit so steuert, dass der Bestrahlungsbereich auf der Zieleinheit in zwei sich überschneidende Richtungen in einem Zustand gescannt wird, in dem sich der Zielkörper im Bestrahlungsbereich des Elektronenstrahls auf der Zieleinheit befindet.
Röntgengenerator nach Anspruch 5, wobei die Erfassungseinheit die vom Zielkörper reflektierten Elektronen oder die vom Zielkörper erzeugten Röntgenstrahlen erfasst, und wobei die Steuereinheit die Elektronenstrahl-Ablenkeinheit so steuert, dass eine von der Erfassungseinheit erfasste Menge in jeder der beiden Richtungen maximiert wird.
Röntgengenerator nach Anspruch 5, wobei die Erfassungseinheit den Targetstrom erfasst und wobei die Steuereinheit die Elektronenstrahl-Ablenkeinheit so steuert, dass eine von der Erfassungseinheit erfasste Menge in jeder der beiden Richtungen minimiert wird.
Röntgengenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei sich der Zielkörper nicht im Bestrahlungsbereich des Elektronenstrahls auf der Zieleinheit befindet, die Steuereinheit den Elektronenstrahl zweidimensional scannt, bis sich der Zielkörper im Bestrahlungsbereich befindet, um eine Position des Zielkörpers anzugeben.
Röntgengenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei sich der Zielkörper nicht im Bestrahlungsbereich des Elektronenstrahls auf der Zieleinheit befindet, die Steuereinheit den Elektronenstrahl defokussiert, bis sich der Zielkörper im Bestrahlungsbereich befindet, um eine Position des Zielkörpers anzugeben.
Röntgengenerator nach Anspruch 9, wobei die Steuereinheit die Elektronenstrahl-Ablenkeinheit so steuert, dass der fokussierte Elektronenstrahl entlang einer kreisförmigen Bahn gescannt wird, die einem Profil des Bestrahlungsbereichs des defokussierten Elektronenstrahls einschließlich Zielkörper entspricht.