JP2008226541A - 電界放射型電子源 - Google Patents

Abstract

【課題】医療用、工業用、分析用等における新規な構造の電界放射型の電子源を提供すること。
【解決手段】軸状に延びる陽極１２と、この陽極１２周囲に環状に配置される電界放射型の陰極１４と、を備える。さらに陽極１２周囲に陰極１４からの電子を遮蔽する部材２４を、備えた構成。
【選択図】図５

Description

本発明は、電界放射型の陰極から電界放射により電子放出する電界放射型電子源に関するものである。

電子線は医療用、工業用、分析用、等数多くの分野で利用される。例えば半導体デバイスの微細なパターンの検査や計測など、パターン評価の目的に用いられる他、材料の評価から細胞の形態観察に至るまで、さまざまな用途に用いられている（特許文献１，２）。また電子線は金属や蛍光物質等のＸ線ターゲットに衝突することによって、Ｘ線が発生する（特許文献２，３）。

ところで上記電子線を発生する電子源のうち電界放射型電子源は多数提案されて特許文献番号を挙げることを略するが、いずれも、電界放射型の陰極と陽極とを対向配置させ、この陰極から電子線を陽極に向けて放出させるものが殆どであった。
特開２００１−３３８６００ 特開２００３−１００２４３ 特表２００２−５１７８８２

本発明では、従来とは異なる方式で医療用、工業用、分析用、等数多くの分野で利用可能な新規な構造の電界放射型電子源を提供するものである。

本発明による電界放射型電子源は、高電位が印加される陽極と、この陽極周囲に環状に配置され該陽極への高電位印加で電界放射する環状陰極と、を備えることを特徴とするものである。

この陽極は軸状であることが好ましい。

この環状陰極は１つでも複数でもよい。

本発明では、陽極への高電位印加で環状陰極から陽極周囲に円形ないしは環状パターンで電界電子放出することができ、医療用、工業用、分析用、等数多くの分野で利用することが期待できる。この陽極の形状は球状、楕円状、棒状、平面状、線状、等に限定しない。

また、陽極を棒状や線状や細長い基板状、円柱状、角柱状、針状等の各種軸状とし、その周囲に環状、好ましくは円環状陰極を配置することにより、例えば環状陰極の径方向内側の貫通孔を軸状陽極上に接触させながら金属製の電子照射対象物を通過させていけば、環状陰極通過前では電子照射対象物に前面斜め方向にその全周囲から電子を照射させ、環状陰極直下では電子照射対象物の真上からその全周囲に電子を照射させ、環状陰極通過後では電子照射対象物に後面斜め方向にその全周囲に電子を照射させることができる。これにより、電子照射対象物に一方向に限定した電子照射ではなく三次元的な電子照射が可能となる。この電子照射対象物を軸状陽極に沿う長い物とした場合、移動させずに、その全周囲三次元的な電子照射が可能となる。

また、環状陰極と陽極との間に電子を透過させることができる物体を配置することにより、当該物体に電子を照射することができる。例えば電子照射で硬化する樹脂等を筒状に成形し、この筒状樹脂を環状陰極と陽極との間に配置して当該筒状樹脂を硬化処理することができる。

なお、環状陰極と陽極との間に電子加速手段を配置してもよい。

また、環状陰極から陽極までの距離に応じて電子加速してもよい。

なお、環状陰極は中実でも中空でもよい。

また、軸状陽極は中実でも中空でもよい。

本発明では、環状陰極周囲に好ましくは環状板形状ないし筒形状に環状陰極からの電子を遮蔽する電子遮蔽部材を配置可能としてもよい。こうした場合、環状陰極からの電子を軸状陽極上の任意の位置に放射させることができて好ましい。

本発明では、上記電子遮蔽部材を、環状陰極の少なくとも前後２箇所に配置してもよい。こうした場合、より適確に電子遮蔽部材により軸状陽極上の任意の位置に電子放出することができて好ましい。

本発明では、上記２箇所の電子遮蔽部材を、環状陰極の外周囲側で環状に連設してもよい。こうした場合、電子遮蔽部材の配置を簡易に行うことができて好ましい。

本発明では、上記電子遮蔽部材を、環状陰極からの遠近移動および／または内径拡縮調整可能としてもよい。こうした場合、適確に電子遮蔽部材により軸状陽極上への電子放出範囲を制御することができて好ましい。

本発明では、上記環状陰極を軸状陽極上に互いに距離を隔てて複数配置し、それぞれからの電子の遮蔽を電子遮蔽部材で適宜に遮蔽調整することにより、任意に電子を照射することができるようにしてもよい。

本発明によれば、医療用、工業用、分析用等における新規な構造の電界放射型電子源を提供することができる。

以下、添付した図面を参照して、本発明の実施の形態に係る電界放射型電子源を説明する。図１は、実施形態の電界放射型電子源の斜視図、図２は図１の電界放射型電子源の側面図、図３は図２のＡ−Ａ線に沿う断面図である。図１は電界放射型電子源に対する電源の接続状態を示しており、図２、図３は電界放射により電子放出が行われている状態を示している。

これらの図を参照して、実施の形態の電界放射型電子源１０は、一定外径を有して軸方向直線状に延びる軸状陽極１２と、この軸状陽極１２周囲に環状、好ましくは軸状陽極１２を円中心として円環状に配置される電界放射型の環状陰極１４と、を備える。環状陰極１４は軸状陽極１２の軸方向中央箇所に配置されている。環状陰極１４はこの配置位置に限定されず軸状陽極１２の軸方向任意の位置に配置してもよい。環状陰極１４はその表面に炭素膜１６を備える。この炭素膜１６はカーボンナノチューブ、カーボンナノウォール、カーボンナノファイバー、ダイヤモンドライクカーボン、アモルファスダイヤモンド、結晶性ダイヤモンド、グラファィト、フラーレン、針状炭素膜等、微細なｎｍオーダーの突起を有するものであり、軸状陽極１２との間の高電界の印加により電界放射することができるものである。軸状陽極１２には直流電源１８から高電位が印加される。環状陰極１４には直流電源２０から負電位が印加される。環状陰極１４には接地電位を印加してもよい。

電界放射型電子源１０は軸状陽極１２に直流電源１８から高電位が印加されると、電界放射により環状陰極１４から軸状陽極１２に電子が放出される。この電子放出のパターンは、図２では、環状陰極１４から軸状陽極１２の軸方向中央から軸方向両端に至っており、図３では、環状陰極１４から半径方向内側に向け軸状陽極１２周りに至っている。

上記電界放射型電子源１０では、環状陰極１４の内側に医療用、工業用、分析用等の電子照射対象を配置すれば、その電子照射対象全体に一度に環状陰極１４から電子を照射することができる。また、軸状陽極１２をＸ線ターゲットとすればその表面全体からＸ線を発生させることができる。

図４および図５を参照して本発明の他の実施の形態に係る電界放射型電子源を説明する。この実施の形態では、軸状陽極１２周囲に円環状板状をなして配置されて環状陰極１４からの電子を遮蔽する電子遮蔽部材２４を備える。この電子遮蔽部材２４は、環状陰極１４を軸方向前後に挟んで軸状陽極１２周囲２箇所に配置されている。電子遮蔽部材２４は環状陰極１４と同電位または略同電位が印加される。

一対の電子遮蔽部材２４の軸方向距離Ｄ、内径Ｒとすると、環状陰極１４からの電子のうち実線２６で示す軌道の場合、電子は電子遮蔽部材２４で遮蔽されず軸状陽極１２に放出され、破線２８で示す軌道の場合、電子は遮蔽電極２４で遮蔽されて軸状陽極１２に放出されない。電子遮蔽部材２４の軸方向遠近距離Ｄ、内径Ｒの拡縮調整により、軸状陽極１２上の電子照射領域Ｓを制御することができる。

なお、電子遮蔽部材２４の形状は図４、図５では環状板であるが、電子遮蔽部材２４の形状は環状板形状に限定されず、例えば図６で示す電子遮蔽部材２４ａのような円筒形でもよい。また、図４ないし図６で示す電子遮蔽部材２４は一対であり、互いに独立して軸状陽極１２上を軸方向に移動することができるが、図７で示すように一対の電子遮蔽部材２４は環状陰極１４の半径方向外側で連結部材３０で連結して両電子遮蔽部材２４を軸状陽極１２上を同期して軸方向に移動するようにしてもよい。

図８を参照してさらに他の実施の形態を説明すると、この電界放射型電子源は、軸状陽極１２の端部１２ａを円錐形状となし、この端部１２ａ周りに環状陰極１４を配置し、この環状陰極１４を半径方向外側から囲むように電子遮蔽部材２４を配置したものである。この電界放射型電子源では、環状陰極１４から放射された電子線２６は電子遮蔽部材２４に遮蔽されずに軸状陽極１２の端部１２ａを照射し、電子線２８は電子遮蔽部材２４で遮蔽されてしまう。そして、軸状陽極１２の端部１２ａを照射した電子線２６により該円錐形状の端部１２ａからＸ線を発生させることができる。

本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内で、種々な変更ないしは変形を含むものである。

図１は本発明の実施の形態に係る電界放射型電子源の斜視図の斜視図である。 図２は図１の電界放射型電子源の断面図である。 図３は図２のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 図４は本発明の他の実施の形態に係る電界放射型電子源の斜視図である。 図５は図４の電界放射型電子源の断面図である。 図６は電子遮蔽部材の変形例を示す図である。 図７は本発明のさらに他の実施の形態に係る電界放射型電子源の断面図である。 図８は本発明のさらに他の実施の形態に係る電界放射型電子源の要部断面図である。

符号の説明

１０ 電界放射型電子源
１２ 軸状陽極
１４ 環状陰極
１６ 炭素膜
２４ 電子遮蔽部材

Claims (7)

1. 高電位が印加される陽極と、
   この陽極周囲に環状に配置され該陽極への高電位印加で電界放射する環状陰極と、
   を備えることを特徴とする電界放射型電子源。
2. 上記陽極が軸状である、ことを特徴とする請求項１に記載の電界放射型電子源。
3. 上記環状陰極周囲に該環状陰極からの電子を遮蔽する電子遮蔽部材を配置した、ことを特徴とする請求項１または２に記載の電界放射型電子源。
4. 上記電子遮蔽部材は環状板形状または筒形状に配置した、ことを特徴とする請求項３に記載の電界放射型電子源。
5. 上記電子遮蔽部材を、環状陰極の少なくとも前後２箇所に配置した、ことを特徴とする請求項４に記載の電界放射型電子源。
6. 上記２箇所の電子遮蔽部材を、環状陰極の外周囲側で一体に連設した、ことを特徴とする請求項５に記載の電界放射型電子源。
7. 上記電子遮蔽部材を、環状陰極からの遠近移動および／または内径拡縮調整可能とした、ことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の電界放射型電子源。

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