JP2001166100A - 電子源 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】フィラメントの寿命の延長を図ることができる
電子源を提供する。 【解決手段】フィラメント１１ａと引出し電極１２との
間にマイクロチャンネルプレート１３を配置して、フィ
ラメント１１ａから発生した熱電子をマイクロチャンネ
ルプレート１３により増倍して出射させるようにした。 【効果】フィラメント１１ａの通電電流を小さく抑えて
も所定の電子線量を得ることができるため、フィラメン
トの寿命を長くすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子線照射装置等
に用いる電子源に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子線照射装置に用いられている電子源
は、例えば図５に示したように、フィラメント１ａを有
する熱電子発生部１と、フィラメント１ａの前方に配置
された引出し電極２と、引出し電極２のフィラメントに
対する電位を正電位とする極性の加速電圧Ｅ1 をフィラ
メント１ａと引出し電極２との間に印加する電源３とを
備えている。熱電子発生部１及び引出し電極２は高真空
に保たれるチャンバー（図示せず。）内に配置されてい
る。引出し電極２の前方にはウインドウ４が配置され、
ウィンドウ４の引出し電極に対する電位を正電位とする
極性の加速電圧Ｅ2 が電源５から引出し電極２とウィン
ドウ４との間に印加されている。ウィンドウ３は高真空
に保たれるチャンバ内と大気との間を遮断するために設
けられたもので、チタン箔等からなっている。

【０００３】図５に示した電子源において、図示しない
電源からフィラメント１ａに通電されてフィラメント１
ａが加熱されると、該フィラメントから飛び出した熱電
子が加速電圧Ｅ1 により加速されて引出し電極２側に引
き出される。この電子は更に引出し電極２とウィンドウ
４との間に印加された電圧Ｅ2 により加速された後、ウ
ィンドウ４を通過して被照射面６に照射される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の電子源において
は、フィラメントから発生した熱電子をそのまま被照射
面に向けて加速するものであったため、電子線量を多く
するためには、フィラメントに大きな電流を流す必要が
あり、フィラメントの寿命が短くなるという問題があっ
た。

【０００５】また従来の電子源においては、線状のフィ
ラメントから発生させた熱電子をそのまま引出して電子
ビームを得るため、被照射面の面積が広い場合、特に電
子ビームをスキャンしないエリア形の電子線照射装置に
用いる電子源の場合に、被照射面上での電子分布を均一
にすることが難しいという問題があった。

【０００６】本発明の目的は、フィラメントの寿命を長
くすることができるようにした電子源を提供することに
ある。

【０００７】本発明の他の目的は、被照射面上での電子
分布を均一にすることができるようにした電子源を提供
することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係わる電子源
は、フィラメントと、入射した電子を増倍して出射する
電子増倍作用を有する微細なチャンネルを備えてフィラ
メントの前方に配置されたマイクロチャンネルプレート
と、フィラメントに対して正の加速電圧をマイクロチャ
ンネルプレートに印加する電源とを備えることにより構
成される。

【０００９】通常、フィラメントの前方には、フィラメ
ントに対して正極性の電圧が印加される引出し電極が配
置される。この場合には、上記マイクロチャンネルプレ
ートをフィラメントと引出し電極との間に配置する。

【００１０】上記のように、マイクロチャンネルプレー
トを設けると、該マイクロチャンネルプレートにより電
子を増倍することができるため、同じ電子線量を得る場
合に必要とされるフィラメントの出力（熱電子の発生
量）を低く抑えることができる。そのため、従来の電子
源よりもフィラメントの通電電流を小さくして、フィラ
メントの寿命を長くすることができるまた上記のように
構成すると、フィラメントの通電電流と、マイクロチャ
ンネルプレートに印加する電圧と、フィラメントとマイ
クロチャンネルプレートとの間に印加する電圧とによ
り、出力される電子線の量を調整することができるた
め、フィラメントに流す電流の大きさのみにより電子線
量を調整していた従来の電子源よりも電子線量の調整範
囲を拡大することができる。

【００１１】更に、フィラメントの前方にマイクロチャ
ンネルプレートを設けて、２次元的に分布したマイクロ
チャンネルプレートの多数のチャンネルからそれぞれ出
射した電子を被照射面に向けて加速するようにすると、
被照射面上における電子分布を均一にすることができ
る。

【００１２】また、大面積電子ビームを得る電子源に本
発明を適用する場合には、発熱部が一面に沿って分布す
るパターンで配列されたフィラメントを用い、該フィラ
メントの前方に、複数のマイクロチャンネルプレート
を、それぞれの板面をフィラメントに対向させた状態で
並べて配置して、各マイクロチャンネルプレートにフィ
ラメントに対して正極性の加速電圧を印加する構成をと
るのが好ましい。この場合、複数のマイクロチャンネル
プレートの電子増倍率を独立に調整し得るようにしてお
く。

【００１３】このように構成すると、複数のマイクロチ
ャンネルプレートのそれぞれの電子増倍率を調整するこ
とにより、被照射面上における電子分布をより均一にす
ることができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１は、本発明に係わる電子源を
備えた電子線照射装置の要部の構成を概略的に示したも
ので、同図において１１はフィラメント１１ａを備えた
熱電子発生部、１２はフィラメントの前方に配置された
引出し電極で、引出し電極１２には電子ビームを通過さ
せるための孔１２ａが形成されている。引出し電極１２
はその孔１２ａの中心軸線を電子ビームの中心に一致さ
せた状態で配置されている。

【００１５】フィラメント１１ａと引出し電極１２との
間には、マイクロチャンネルプレート１３が配置されて
いる。マイクロチャンネルプレートは、例えば、図２に
示したように、両面に電極１３ａ，１３ｂが形成された
薄いガラス製の板１３ｃに無数の微細な（例えば直径が
６〜２５μｍの）貫通孔１３ｄを形成した周知の電子増
倍素子であり、電極１３ａ，１３ｂ間には直流電源１４
から電圧Ｅ11が印加される。

【００１６】マイクロチャンネルプレートの各貫通孔１
３ｄはチャンネルと呼ばれ、各チャンネルは独立の電子
増倍器として働く。マイクロチャンネルプレートの両面
の電極間に電圧Ｅ11を印加した状態で、マイクロチャン
ネルプレートの低電位側の面Ｐ1 側から該マイクロチャ
ンネルプレートに電子を照射すると、各チャンネル１３
ｄに入射した電子が各チャンネルの内面に当ることによ
り、入射した電子よりも多くの二次電子が放出される。
この二次電子は、マイクロチャンネルプレートの両面間
に印加された電圧Ｅ11により加速されて、該マイクロチ
ャンネルプレートの高電位側の面Ｐ2 に開口した各チャ
ンネル１３ｄの開口部から出射する。マイクロチャンネ
ルプレート１３の電子増倍率（＝出射する電子数／入射
した電子数）は、マイクロチャンネルプレートの両面の
電極１３ａ，１３ｂ間に印加する電圧Ｅ11を変化させる
ことにより調整することができる。マイクロチャンネル
プレート１３の両面に印加する電圧Ｅ11は例えば、１０
００［Ｖ］ないし１２００［Ｖ］程度の電圧である。

【００１７】熱電子発生部１１、引出し電極１２及びマ
イクロチャンネルプレート１３は、高真空に保たれるチ
ャンバー（図示せず。）内に配置されている。引出し電
極１２の前方にはチタン箔等からなるウインドウ１５が
配置され、該ウィンドウ１５により高真空状態のチャン
バ内と大気との間が遮断されている。

【００１８】フィラメント１１ａとマイクロチャンネル
プレート１３の低電位側の電極１３ａとの間には、直流
電源１６から、マイクロチャンネルプレートの電位をフ
ィラメントの電位よりも高くする極性の加速電圧Ｅ10が
印加され、マイクロチャンネルプレート１３の高電位側
の電極１３ｂと引出し電極１２との間には、直流電源１
７から、引出し電極１２の電位をマイクロチャンネルプ
レートの電位よりも高くする極性の加速電圧Ｅ12が印加
されている。従って、フィラメント１１ａと引出し電極
１２との間には、加速電圧Ｅ1 ＝Ｅ10＋Ｅ11＋Ｅ12が印
加されている。また引出し電極１２とウィンドウ１５と
の間には、直流電源１８から、ウィンドウ１５の電位を
引出し電極１２の電位よりも高くする極性の加速電圧Ｅ
2 が印加されている。

【００１９】図１に示した例では、フィラメント１１ａ
を備えた熱電子発生部１１と、引出し電極１２と、マイ
クロチャンネルプレート１３と、電源１４，１６及び１
７とにより本発明に係わる電子源が構成されている。

【００２０】図１に示した電子線照射装置は、ウィンド
ウ１５を被照射面１９に向けた状態で配置される。図１
の電子線照射装置において、フィラメント１１ａに通電
すると、該フィラメントから発生した熱電子が加速電圧
Ｅ10により加速されてマイクロチャンネルプレート１３
の低電位側の面Ｐ1 側から各チャンネル１３ｄに入射す
る。各チャンネルに入射した熱電子は各チャンネルの内
面に衝突して、各チャンネルの内面から二次電子を放出
させる。各チャンネルの内面から生じた二次電子は、電
極１３ａ，１３ｂ間に印加された電圧Ｅ11により加速さ
れてマイクロチャンネルプレートの高電位側の面Ｐ2 側
に開口した各チャンネルの出口から外部に出射する。

【００２１】マイクロチャンネルプレート１３から出射
した電子は該プレート１３と引出し電極１２との間に印
加された電圧Ｅ12により加速されて電子線ＥＢとして引
き出される。電子線ＥＢを構成する電子は引出し電極１
２とウィンドウ１５との間に印加された電圧Ｅ2 により
更に加速された後、ウィンドウ１５を通して被照射面１
９に照射される。

【００２２】上記のように、マイクロチャンネルプレー
ト１３を設けると、該マイクロチャンネルプレートによ
り電子を増倍することができるため、同じ電子線量を得
る場合に必要とされるフィラメントの出力（熱電子の発
生量）を低く抑えることができる。

【００２３】例えば、マイクロチャンネルプレートとし
て１０^３ のオーダーの電子増倍率を有するものを用い
た場合、フィラメント１１ａから引き出された電子が照
射される部分のマイクロチャンネルプレートの開口率を
５０％とすると、従来の電子源と同じ電子線量を得る場
合に必要とされるフィラメントの出力は、従来の電子源
で必要としたフィラメントの出力の約（１／１０^３ ）
×５０％に抑えることができる。そのため、従来の電子
源よりもフィラメントの通電電流を小さくすることがで
き、フィラメントの寿命を大幅（上記の例の場合には、
少なくとも１０ ^２ 倍に）に長くすることができる。

【００２４】また上記のように構成すると、フィラメン
ト１１ａの通電電流と、マイクロチャンネルプレート１
３に印加する電圧Ｅ11と、フィラメント１１ａとマイク
ロチャンネルプレート１３との間に印加する電圧Ｅ10と
により、出力される電子線の量を調整することができる
ため、フィラメント１１ａに流す電流の大きさのみによ
り電子線量を調整していた従来の電子源よりも電子線量
の調整範囲を広げることができる。

【００２５】更に、上記のように、フィラメント１１ａ
の前方にマイクロチャンネルプレート１３を設けて、マ
イクロチャンネルプレート１３の多数のチャンネル１３
ｄからそれぞれ出射した電子を加速して被照射面に照射
するようにすると、被照射面１９上における電子分布を
均一にすることができる。

【００２６】図１に示した例では、電子ビームをスキャ
ンしないエリア形の電子線照射装置に用いる電子源を示
しているが、電子ビームをスキャンするスキャン形の電
子線照射装置に用いる電子源にも本発明を適用すること
ができる。

【００２７】図３は本発明に係わる電子源を用いた電子
線照射装置の他の例を示したものである。図３において
２１は熱電子発生部で、図示の熱電子発生部は、セラミ
ック板からなる絶縁支持板２１ｂの一面に、多数の抵抗
発熱体２１a1，２１a2，…を平行に並べて配設して、こ
れらの抵抗発熱体を直列に接続することによりフィラメ
ント２１ａを構成したものからなっている。即ち、この
例では、フィラメントの発熱部が２次元的に分布した構
造を有するフィラメント２１ａが用いられている。

【００２８】フィラメント２１ａの前方には、多数のチ
ャンネルを有する複数（図示の例では３枚）のマイクロ
チャンネルプレート１３Ａ，１３Ｂ及び１３Ｃが、それ
ぞれの板面を絶縁板２１ｂの板面に対向させた状態で並
べて配置され、マイクロチャンネルプレート１３Ａ〜１
３Ｂの前方に被照射面１９に相対するウィンドウ１５が
配設されている。フィラメント２１ａ及びマイクロチャ
ンネルプレート１３Ａ〜１３Ｃは高真空状態に保持され
るチャンバ（図示せず。）内に配置され、ウィンドウ１
５によりチャンバ内と大気との間が遮断されている。

【００２９】図４に示したように、マイクロチャンネル
プレート１３Ａ，１３Ｂ及び１３Ｃの両面の電極間に
は、それぞれ独立の直流電源１４A ，１４B 及び１４C
から電圧が印加されていて、マイクロチャンネルプレー
ト１３Ａ〜１３Ｃのそれぞれの両面の電極間に印加する
電圧を個別に調整することによりマイクロチャンネルプ
レート１３Ａ〜１３Ｃのそれぞれの電子倍増率を個別に
調整することができるようになっている。

【００３０】またフィラメント２１ａとマイクロチャン
ネルプレート１３Ａ，１３Ｂ及び１３Ｃとの間にそれぞ
れ独立の直流電源１６A ，１６B 及び１６C から加速電
圧が印加され、マイクチャンネルプレート１３Ａ〜１３
Ｃの高電位側の電極とウィンドウ１５との間にそれぞれ
独立の直流電源１７A 〜１７C から加速電圧が印加され
ている。

【００３１】図３に示した例では、熱電子発生部２１と
マイクロチャンネルプレート１３Ａ〜１３Ｃと電源１４
Ａ〜１４Ｃと電源１６Ａ〜１６Ｃとにより電子源が構成
されている。

【００３２】図３に示したように、抵抗発熱体を一平面
に沿って分布させるように構成したフィラメント２１ａ
の前方に複数のマイクロチャンネルプレートを配置し
て、各マイクロチャンネルプレートの電子増倍率を個別
に調整し得るようにしておくと、各マイクロチャンネル
プレートの電子増倍率を個別に調整することができるた
め、マイクロチャンネルプレート１３Ａ〜１３Ｃにそれ
ぞれ対応する被照射面１９の領域１９Ａ〜１９Ｃのそれ
ぞれにおける電子分布を調整することができる。従っ
て、被照射面の特定の領域での電子分布を他の領域と異
ならせたり、被照射面全体の電子分布を均一にしたりす
ることが容易にできる。

【００３３】図３に示した電子源では、抵抗発熱体２１
a1，２１a2…を平行に並べて配置することにより、フィ
ラメントの発熱部を２次元的に配置するようにしている
が、図３に示した電子源で用いるフィラメントは、その
発熱部が２次元的に分布するパターンで配列されたもの
であればよく、発熱部の配列のパターンは図示の例に限
定されるものではない。

【００３４】図３に示した例において、フィラメント２
１ａとマイクロチャンネルプレート１３Ａ〜１３Ｃとの
間にそれぞれ印加する電圧を変化させ得るように構成し
て、これらの電圧を調整することによりマイクロチャン
ネルプレート１３Ａ〜１３Ｃの電子増倍率を調整するよ
うにしてもよい。

【００３５】図３に示した例では、フィラメントの前方
に配置する複数のマイクロチャンネルプレートをそれぞ
れ個別のガラス基板を用いて構成しているが、多数のチ
ャンネルを有する１枚の基板の両面に設ける電極膜のう
ちの少なくとも一方を複数に分割することにより、複数
のマイクロチャンネルプレートを構成するようにしても
よい。

【００３６】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、フィラ
メントの前方にマイクロチャンネルプレートを配置し
て、該マイクロチャンネルプレートにより電子を増倍す
るようにしたので、従来の電子源よりもフィラメントの
通電電流を小さくして、フィラメントの寿命を長くする
ことができる利点がある。

【００３７】また本発明によれば、フィラメントの通電
電流と、マイクロチャンネルプレートに印加する電圧
と、フィラメントとマイクロチャンネルプレートとの間
に印加する電圧とにより、出力される電子線の量を調整
することができるため、フィラメントに流す電流に大き
さのみにより電子線量を調整していた従来の電子源より
も電子線量の調整範囲を拡大することができる利点があ
る。

【００３８】更に、本発明において、フィラメントの前
方に複数のマイクロチャンネルプレートを配置して、各
マイクロチャンネルプレートの電子増倍率を個別に調整
し得るように構成した場合には、被照射面上における電
子分布をきめ細かく調整することができる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる電子源を用いた電子線照射装置
の要部の構成を概略的に示した構成図である。

【図２】マイクロチャンネルプレートの構造の一例を示
した要部の断面図である。

【図３】本発明に係わる電子源を用いた他の電子線照射
装置の要部の構成を概略的に示した斜視図である。

【図４】図３に示した電子線照射装置の電気的な構成を
示した接続図である。

【図５】従来の電子源を用いた電子線照射装置の要部の
構成を概略的に示した構成図である。

【符号の説明】

１１，２１…熱電子発生部、１１ａ，２１ａ…フィラメ
ント、１２…引出し電極、１３，１３Ａ〜１３Ｃ…マイ
クロチャンネルプレート、１４，１４A 〜１４C ，１
６，１６A 〜１６C ，１７，１７A 〜１７C ，１８…電
源。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 フィラメントと、 入射した電子を増倍して出射する電子増倍作用を有する
   チャンネルを備えて前記フィラメントの前方に配置され
   たマイクロチャンネルプレートと、 前記マイクロチャンネルプレートに前記フィラメントに
   対して正の加速電圧を印加する電源とを備えた電子源。
2. 【請求項２】 フィラメントと、前記フィラメントの前
   方に配置されて前記フィラメントに対して正極性の電圧
   が印加される引出し電極とを備えた電子源において、 入射した電子を増倍して出射する電子増倍作用を有する
   微細なチャンネルを備えたマイクロチャンネルプレート
   を前記フィラメントと引出し電極との間に配置したこと
   を特徴とする電子源。
3. 【請求項３】 発熱部が一面に沿って分布するように設
   けられたフィラメントと、入射した電子を増倍して出射
   する電子増倍作用を有する微細なチャンネルを多数備え
   て板面を前記フィラメントに対向させた状態で前記フィ
   ラメントの前方に並べて配置された複数のマイクロチャ
   ンネルプレートと、各マイクロチャンネルプレートに前
   記フィラメントに対して正極性の加速電圧を印加する電
   源とを具備し、 前記複数のマイクロチャンネルプレートはそれぞれ独立
   に電子増倍率を調整し得るように設けられている電子
   源。