JP2011512004A - 光電制御装置と組み合わせた少なくとも１つの電子源を備えるｘ線源 - Google Patents

Abstract

本発明は、真空チャンバ（５０）と、光波（５６ｉ）を入射させるための手段（５６ｈ）と、電界を受けたときに電界放出現象によって真空内で電子（５２ｉ）を放出することができる冷電子源（５２）と、高電圧を供給する電源（５５）と、電子衝撃の効果によりＸ線（５３ｉ）を放出できる材料（５３ｊ）を含む陽極（５３）と、Ｘ線が出る際に通過する少なくとも１つの窓（５４）と、前記光波を供給する少なくとも１つの光源（５６）と、を備える放射線源であって、冷電子源はまた、少なくとも１つの導電表面（５５）を有する少なくとも１つの基板（５７）を備え、少なくとも１つの導電表面（５５）と陽極（５３）との間に高電圧が印加されることによって生じる電界を受け、前記冷電子源は、電流が照明によって略線形に制御される少なくとも１つの光導電素子（５８）と、少なくとも１つの電子放出素子（５９）とをさらに備え、前記光導電素子（５８）は、少なくとも１つの放出素子（５９）と導電表面（５５）との間に直列に電気接続されて、光導電装置の中で光発生された電流が、それが関連付けられるエミッタまたはエミッタの集合によって放出される電流と等しくなり、放出されたＸ線の流れが、照明に略線形に依存することを特徴とする放射線源に関する。
【選択図】 図１１Ａ

Description

本発明の分野は、産業、科学および医療界で一般的に使用され、特に各種の再構成技術を用いた二次元または三次元画像生成のために光子束を供給する放射線源の分野である。これらの放射線源は、セキュリティ分野、特に荷物や小包のＸ線検査にも有益である。

長年にわたり、透過Ｘ線画像形成方式の固定型装置が空港警備に使用されてきた。１０年ほど前から、公共の場の安全に対する要求が高まり、荷物や小包の中に隠された危険な化学物質や爆発物を検出するための、移動体に搭載したシステムが求められている。既存の移動型システムは、特にＸ線後方散乱を利用する。しかしながら、検出および同定能力に限定がある。特に、同程度の密度を有する物質を区別することは難しい。Ｘ線透過法も使用可能な技術の１つである。この方法では、物質の密度ρと物質の有効原子番号Ｚｅｆｆの組み合わせを知ることはできるが、これら２つの数値をそれぞれ個別に知ることはできず、さらに、包装を構成するいくつかの要素からの寄与も重なり、これは走査される厚さに依存する。単一エネルギー方式の三次元透過型画像形成では、減衰係数μを物体上のいずれの点でも把握できる。そのため、この手法によれば、走査される厚さの問題を回避できる。

減衰係数μは、物質の密度ρおよび物質のＺｅｆｆによって異なり、エネルギーに依存する。三次元の多重エネルギーＸ線透過によって、ρとＺｅｆｆをついに特定できるようになる。

同定の信頼性が高く実装が迅速で容易なシステムが強く望まれている。このようなシステムでは、放射線源システムを機械的に移動させずに三次元画像形成を可能にする放射線源を使用する必要がある。

多くの場合、放射線源には電子放出素子として熱電子陰極が使用されるが、こうした解決策にはいくつかの欠点がある。

陽極Ａに対向するフィラメントＦｉｌを有する直接加熱型熱電子陰極（図１Ａ）または陽極Ａに対向する含浸陰極Ｃａｔｈを加熱するフィラメントＦｉｌを有する間接加熱型熱電子陰極（図１Ｂ）の場合、第一の欠点の原因となるのは、このような陰極の熱慣性であり、この熱慣性によって電流、ひいては線量率を迅速に変調させることができない（あるエネルギーに対して、線量率は陰極の出力電流によって制御されることが多い。電流の立上りと立下りが急峻でないと、Ｘ線放出の過渡的段階が発生し、それによって検出器で受け取る画像の品質が損なわれる可能性がある）。第二の欠点の原因は、フィラメント用に複雑な電源が必要なことで、これが高電圧電源の場合である。グリッド、フィラメントおよび陰極を迂回するための各種の絶縁通路もまた、これらの要素が放射線発生管で一般的に使用される高電圧（２０から６００ｋＶ）に耐えられなければならないため、より複雑でかさばるものとなる。

電流を動的に制御するという上記の問題を解決するために、図２Ａ、２Ｂに示すように、たとえばワイヤもしくはメッシュまたは貫通穴を有する板で形成されるバイアスグリッドＧが装置に使用される。

したがって、各放射線源は一般に、少なくとも、陰極、フィラメント、電流制御グリッド（電流が変調される場合）を備え、これらの要素には、図２Ｃに示すように、高電圧絶縁体を介してさまざまな高電圧が印加される。放射線源の最終的な大きさは、この絶縁体の寸法に大きく依存する。このような電気接続と絶縁に関する制約を考えると、同じ真空エンベロープの中に２つ（またはそれ以上）のＸ線源を設置することは非常に難しい。そのため、いくつかのＸ線源を備える既存のシステムは、いくつかの別個の放射線発生管で構成される。

先端、特にカーボンナノチューブ先端から放出する電界放射冷陰極の場合、最も簡単な構造では、図３Ａに示すように、フィラメントとその電源が省かれる。しかしながら、このダイオード型の装置では、放出される電流の強度を陽極電圧に関係なく制御することができない。その理由は、電圧が所望のＸ線エネルギーによって固定されることと、陽極と陰極の間の機械的距離が固定されるため、ナノチューブ上端の電界と放出される電流もまた固定されることである。図３Ｂに示すような１つの有利な装置は、任意で集光要素Ｆ（静電または磁気集光）とバイアスされた電子引き出し用グリッドＧを備えることによって、電流の制御を可能にすることができるかもしれない。

冷陰極、特にカーボンナノチューブを用いる冷陰極の従来の熱電子陰極に対する主な利点としては、特に、次のものがある。
・フィラメントの予熱時間が不要となるため、すぐに作動させることができる。
・開始／停止シーケンス中に発生する熱機械的サイクルによる疲労やエイジングがない。
・高温に加熱されるフィラメントとそれに伴う電源が省かれることにより、消費エネルギーが低減し、電源が簡素化される。
・カーボンナノチューブ陰極の前面に配置される電子引き出し用グリッドをバイアスすることにより、放出の変調が可能となる。

しかしながら、グリッドを取り付けた冷陰極、特にカーボンナノチューブ陰極の場合、放射線発生管の利用分野においては、グリッドの存在によっていくつかの欠点が生じる。

このような欠点としては、次のものがある。
・陰極グリッド間容量によって、最大変調周波数が制限される。
・陰極により放出される電流がグリッドに印加される電圧によって指数関数的に変化するため、陰極からの放出電流を制御する精度が低下する。
・グリッドは電子流に対して完全な透過性を持つわけではないため、陰極により放出される電流の３０から５０％を遮断し、このグリッドの加熱されることによる寸法の変化を促進し、その結果、上記の指数関数的変化によって、陰極から放出される電流が不安定となり、同時に、熱慣性と脆化によっても悪化する。
・グリッドによって遮断される電流の一部とそれによって生じるグリッドの加熱もまた、この種の陰極を高電流（数十ｍＡ）で使用できない原因となる。たとえば、２ｍＡの電流について１５０ｋＶの電圧の放射線発生管の陰極の場合、電流の４０％を遮断するグリッドでは１２０Ｗを散逸させることになる。
・複数の先端、ここではナノチューブを有する陰極の場合、先端の幾何学的特徴が若干異なるだけで、先端での電界、ひいては先端の集合が存在する範囲で放出される電流に大きなばらつきが生じ、その数値は、低い放出量からナノチューブを破壊する量までに及ぶ可能性がある。
・高電圧に関してグリッド電圧を制御するために、複雑な電源を設けることも必要である。

三次元画像形成装置には２つのタイプがある。第一のタイプは、装置がＸ線発生器と、これと対面し、物体または患者を透過した放射線を測定する検出器を備えるものである。このタイプのシステムでは、照射角の数を増やすために、発生器と検出器か物体または患者のいずれかを回転させる必要がある。このようなシステムは一般的に、扱いにくく、複雑であり、解析にも長い時間がかかるため、昨今のニーズには合わない。

第二のタイプでは、システムや物体を動かさない三次元画像形成手法が可能となる。いくつかのＸ線発生器と、異なる入射角で観察するためのいくつかの検出器が必要となり、得られた画像を再結合して、そこから三次元情報を抽出しなければならない。こうした「トモシンセシス」システムは、第一のタイプのシステムより単純であり、解析時間を大幅に短縮させ、システムを格段に簡素化することができるかもしれない。

最後に、放射線発生管の中には、高いＤＣ電圧に加え、電子のエネルギーを非常に高くして、それ自体が非常に高いエネルギーを有するＸ線を生成するための線形加速器（すなわち「ライナック」）が設けられる。電子は、その従来の構成の線形加速器の加速構造の中に、熱電子陰極に基づく（グリッドがあるものとないものがある）電子銃を使って入射される。電子の放出は、陰極フィラメントの加熱および／または制御グリッドバイアスによって制御される。

特に、Ｘ線の医療用画像形成におけるニーズを満たすためには、線量率（Ｇｙ／ｓ）を制御する必要がある。したがって、放出される線量は非常に安定していなければならず、この線量は発生される電子流の均一性と、光電陰極からの電子流を調整する機器の性能に依存する。

そこで、本発明は、電界が印加され、電界放出によって動作する冷電子源と、電子エミッタと直列に配置された光導電素子と、を備え、光導電装置内で照明によって光発生（ｐｈｏｔｏｇｅｎｅｒａｔｅ）された電流がエミッタの電流と等しくなるようにされた放射線源を提案する。

したがって、放出される電流は照明によって、直接的に、または引き出し電極の電圧を制御することによって間接的に制御される。この装置により、放出電流は確実に照明に線形に依存するようになり、放出された電流を極めて高感度、高精度で制御することができる。

より詳しくは、本発明の主題は、少なくとも１つの真空チャンバと、光波を入射させるための手段と、電界がかけられると電界放出現象によって真空内に電子を放出できる少なくとも１つの冷電子源と、高電圧を供給する少なくとも１つの電源と、電子衝撃の効果によりＸ線を放出できる材料を含む少なくとも１つの陽極と、Ｘ線が出る際に通過する少なくとも１つの窓と、前記光波を供給する少なくとも１つの光源とを備える放射線源であり、この放射線源は、冷電子源が、少なくとも１つの導電表面を有する少なくとも１つの基板を備え、少なくとも１つの導電表面と陽極との間に高電圧が印加されることによって生じる電界を受け、前記冷電子源はさらに、照明によって電流が制御される少なくとも１つの光導電素子と、少なくとも１つの電子放出素子とを備え、前記光導電素子は、少なくとも１つの電子放出素子と導電表面との間に直列に電気的に接続されて、光導電装置内で光発生される電流が、それに関連付けられるエミッタまたはエミッタの集合の電流と等しくなり、また放出されるＸ線の流れが照明に略線形に依存するようになることを特徴とする。

有利な点として、冷電子源は、電子取り出し用グリッドがなくても動作できる。

有利な点として、冷電子源はしたがって、高い負電圧であってもよく、ターゲットとなる陽極は電気的に接地されてもよいため、ターゲットとなる陽極の冷却方法が簡素化される。

有利な点として、このようなシステムにより、光学制御による直流絶縁によって、電流制御装置の直流減結合が容易となる

有利な点として、制御回路は低電圧回路であってもよい。

本発明の１つの実施形態によれば、導電表面、光導電体および電子放出素子は、基板上に一体的に集積され、光電陰極が構成される。

本発明の１つの実施形態によれは、放射線源は、複数の放出先端を有する少なくとも１つの冷電子源を備える。

本発明の１つの実施形態によれば、放射線源は、高解像度Ｘ線画像形成のための点状放射線源を構成するための放出先端を備える。

これは、１つの放出先端を意味するものと理解され、Ｘ線ターゲット上に光学機器／電子機器によって生成されるこの１つの放出先端の鮮鋭な画像は必然的に、１列に配置された複数の放出先端の画像より小さい（略点状である）。このようなＸ線源で調査する物体の画像は必然的に、長い列状の先端を用いたＸ線源で得られる画像より解像度が高い。

本発明の１つの実施形態によれば、放射線源は、カーボンナノチューブまたは金属ナノワイヤで製作された放出先端を有する少なくとも１つの冷電子源を備える。

本発明の１つの実施形態によれば、電子衝撃のターゲット材料はタングステンまたは、タングステン、もしくはその他の高いＺ値の耐熱性材料を含む複合材料である。

「光導電装置」という用語は、導通状態が照明によって制御される装置を意味すると理解される。

本発明の１つの実施形態によれば、光導電装置はＰＩＮ構造を有する半導体で製作されるフォトダイオード型であり、ここで、ＰはＰ型ドーピング領域、Ｉは真性半導体領域または意図的なドーピングがなされていない領域かわずかにドーピングされた領域を示し、ＮはＮ型ドーピング領域である。

本発明の１つの実施形態によれば、光導電装置はＭＩＮダイオードであり、ここで、Ｍは金属領域を示す。

本発明の１つの実施形態によれば、光導電素子は、その接触面のうちの少なくとも１つに金属層を有する。

本発明の１つの実施形態によれば、冷電子源は、少なくとも１つの電子エミッタを有する少なくとも１つの導電基板と光導電装置を備え、少なくとも１つの光電陰極を形成する。

本発明の１つの実施形態によれば、冷電子源は、少なくとも１つの導電基板と、少なくとも１つの先端であって、その上端が導電基板に対して高さｈの位置にある先端と、先端が、複数の場合にその隣接する先端と、高さｈの２倍に略等しいかまたはそれより大きい距離ｄだけ離れ、かつ光導電素子の横方向の寸法ｐｈｉが、高さｈと略等しいかまたはそれより小さくなるように、先端と導電基板間に設置された少なくとも１つの光導電素子と、を備える。

本発明の１つの実施形態によれば、エミッタまたはエミッタの集合が規則的な列状に配置されている。

本発明の１つの実施形態によれば、基板は、電子放出素子を支持する前面を有し、光源が前記前面を照明する。

本発明の１つの実施形態によれば、基板は前記光源に対して透明であり、前記光源は、前記基板の前面の反対側を照射する。

本発明の１つの実施形態によれば、基板は、吸収現象を最小限にするための薄い照明対象領域を有し、前記光源は、前記基板の前面の反対側を照射する。

有利な点として、放射線源はさらに、発生させるＸ線の強度を調整するために、光源の光強度を制御する手段をさらに備える。

有利な点として、放射線源は、電子源上の光源の焦合を調整する手段を備えていてもよい。

本発明の１つの実施形態によれば、放射線源は、光電陰極と、ターゲットと、照明源により出力されるシングルビームＸ線管の軸に垂直な光ビームで光電陰極を照明するためのミラーとを含むチャンバと、Ｘ線放出を受けるための光学窓とを有する円筒対称のシングルビームＸ線管を備える。

本発明の１つの実施形態によれば、放射線源は、いくつかのシングルビームＸ線管と、放射状に配置され前記シングルビームＸ線管を支持する円形支持手段と、高電圧電源と、前記高電圧電源の電力を各種のシングルビームＸ線管に分配して、Ｘ線ビームを発生する手段と、シングルビームＸ線管の各々の専用である個別の独立した光制御手段と、を備える。

本発明の１つの実施形態によれば、前記光制御ビームとＸ線ビームはすべて相互に平行で、前記円形支持手段に対して垂直である。

本発明の他の実施形態によれば、放射線源は、前記Ｘ線ビームを収束させる手段をさらに備える。

本発明の１つの実施形態によれば、放射線源は、チャンバと、それぞれターゲットに関連付けられた光電陰極からなるペアで構成されるいくつかのアセンブリと、前記光電陰極のための電力を分配する手段と、を備える。

本発明の１つの実施形態によれば、収束したＸ線ビームを発生するためにチャンバは陥凹形状を有する。

本発明の１つの実施形態によれば、放射線源は、
−１つの長い光電陰極または光電陰極の集合と、
−前記１つの長い光電陰極または光電陰極の集合に各々対面する１つの長いターゲットまたはターゲットの集合と、
−１つの長い光電陰極または光電陰極の集合の照明を位置指定し、時間経過とともに、長い光電陰極の上の異なる領域を選択するか、あるいは光電陰極の集合の中の異なる光電陰極を選択して、これに対応して、１つの長いターゲットまたはターゲットの集合の中のあるターゲットの領域からＸ線を発生させる装置と、
を備える。

本発明の１つの実施形態によれば、放射線源は、照明源からのビームを長い光電陰極の異なる領域または光電陰極の集合の中の異なる光電陰極へと偏向させる空間および／または時間変調器を備える。

本発明の１つの実施形態によれば、位置指定装置は、長いビームで照明され、さまざまな照明法則を、１つの長い光電陰極の中のある領域または光電領域の集合の中の１つの光電陰極に伝えて、これに対応する法則を、１つの長いターゲットの中の領域、またはターゲットの集合の中の１つのターゲットのある領域からのＸ線の放出に関して得るための空間光変調器である。

本発明の１つの実施形態によれば、放射線源は、照明源の集合を備え、位置指定装置が１つの長い光電陰極の中の異なる領域または光電陰極の集合の中の異なる光電陰極に１対１で関連付けられた照明源を偏向させる能動的な光機械的なまたは光電気的な偏向器であり、前記領域または光電陰極が１つの長いターゲットの異なる領域またはターゲットの集合の中の異なるターゲットに１対１で関連付けられていることを特徴とする。

本発明の１つの実施形態によれば、光強度は、少なくとも部分的に、空間伝搬ではなく、（光ファイバによる）導波伝搬によって分配される。

本発明の１つの実施形態によれば、真空チャンバは光ファイバのための経路を備える。

本発明の１つの実施形態によれば、空間変調器は導波伝搬型である。

上記の実施形態の１つまたは複数は、下記のように補足し、考案してもよい。

本発明の１つの実施形態によれば、放射線源は、真空チャンバと、同軸的かつ連続的に以下のものから構成される少なくとも１つのトリプレット（ｔｒｉｐｌｅｔ）と、を備える。
−光子透過窓と、
−高い負電圧でバイアスされる光電陰極と、
−ターゲット、
および上記要素のための電源。

本発明の１つの実施形態によれば、放射線源には、トリプレットが、これらが空間的に収束したＸ線ビームを発生するように配置される。

本発明の１つの実施形態によれば、放射線源には、トリプレットが、これらがマトリクス状に構成された平行なＸ線ビームを発生するように配置される。

本発明の１つの実施形態によれば、放射線源には、トリプレットが、これらが円形に構成された平行なＸ線ビームを発生するように配置される。

本発明の１つの実施形態によれば、放射線源には、トリプレットが、これらがＸ線ビームの平行なグループを生成し、これらのグループが相互に垂直であるように配置される。

本発明の１つの実施形態によれば、放射線源は、電子源により放出される電子を加速する、少なくとも１つの線形加速器をさらに備える。

本発明のさまざまな利点として、以下のものを挙げることができる。
−当てられる照明は、各エミッタの電流を個々に制御する役割を果たし、したがって、電圧の変化する電極またはフラット導体を介して制御が行われる場合に発生する、ナノチューブの高さの差によってこれらのエミッタが破壊されるリスクが回避される。
−電圧の変化する電極またはフラット導体によって制御する場合のようにエミッタの列を構造的に画定する必要がなく、したがって、少なくとも１つの光電陰極にかかわる放出領域のあらゆる考えられる画定が可能となる。

本発明は、非限定的な例である以下の説明を読み、添付の図面を参照することにより、よりよく理解され、その他の利点も明白となるであろう。

先行技術による熱電子陰極の例を示す図である。 中間グリッドをさらに備える先行技術による熱電子陰極の例を示す図である。 先行技術による冷陰極の例を示す図である。 本発明による放射線源の原理を示す図である。 円筒対称のシングルビームＸ線管に関する、本発明による放射線源の概略図である。 放射状に配置されたいくつかのシングルビームＸ線管に関する、本発明による放射線源の別の例を示す図である。 さまざまな配置のいくつかの放射線源を有するチャンバに関する、本発明による放射線源の別の例を示す図である。 照明領域のみにかかわるターゲット上の電子スポットの変調の例を示す図である（放射領域を機械的に決定するためのグリッドやエミッタアレイを含まない）。 エミッタの電流反応の違い（制御グリッドがある場合は指数関数的応答であり、本発明による光電陰極がある場合は線形応答）を示す図である。 長いターゲットを照射する局限的放出領域を作動させる可能性を示す図である。 本発明の原理を示す略図である。 集積された光電陰極の構成の実施形態の詳細を示す図である。

一般に、本発明は、同一の放射線源の中に、１つまたは複数の冷陰極を取り付け、その放出を光導電装置によって制御することを提案しており、この種の装置は一般的に、特許出願第０４／１３３４０号に示されているタイプのものである。

図４に概略が示されているように、本発明による放射線源は、少なくとも１つの光導制御装置１０と、ターゲット１２に照射して、ターゲットにＸ線ビーム１３を放出させる電子源１１とを備える。

このタイプの光減結合によって、同一の真空チャンバ内に複数の放射線源を設置する構成を想定できるようになり、放射線源は、局所化しても、空間的に分散させてもよく、光電陰極の照明に応じて、連続的または時間的に変調されたＸ線を発生する。

本発明による放射線源の例示的実施形態を以下に示す。

第一の例示的実施形態
本発明の第一の実施形態によれば、図５に示すように、放射線源はシングルビーム源であり、真空チャンバ２０と、高電圧電源手段２１と、電気絶縁手段２２と、光学的に反射する、すなわち使用される波長を反射する装置２５へと光ビーム２４を向ける照明源２３と、を備え、陰極２６の感光層を励起させて電子流２７を発生させ、この電子流がターゲット２８に送られる。前記ターゲットとの衝撃によってＸ線ストリーム３０が、チャンバに設けられ、前記Ｘ線に対して透過性のある窓２９を通じて発生される。有利な点として、チャンバはまた、電子流による衝撃中に高温に加熱されるターゲットを冷却する手段３１を備えていてもよい。

第二の例示的実施形態
図６Ａ、６Ｂに示すように、放射線源は、円形支持手段４２の中に分散された一連のチャンバ（Ｘ線管）４１ｉが存在するために、複数のＸ線流４０ｉを発生し、前記円形支持手段はまた、高電圧電源４３からの電力を分配する手段を含む。

第三の例示的実施形態
図７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄに示すように、放射線源はまた、マルチビーム源であってもよく、単独のチャンバを有していてもよい。図の例によれば、前記チャンバ５０は、有利な点として、異なる配置の電子源を包含するいくつかの形態とすることができる。数例を挙げると、平面的に収束する構成（図７Ａ）、平行ビームを円形に配置した構成（図７Ｂ）、平行ビームを垂直に配置した構成（図７Ｃ）、平行ビームをマトリクス状に配置した構成（図７Ｄ）がある。

図８は、ターゲット上の電子スポットを変調する手段の例を示しており、これは照明領域だけに関連付けられている（グリッドにも、放出領域を機械的に決定するエミッタアレイにも関連付けられていない）。

そこで、一般に、本発明は、電界を受け、電界放出によって動作する冷電子源と、電子エミッタと直列に配置された光導電装置と、を備え、光導電装置の照明によって光発生される電流がエミッタの電流と等しくなるような放射線源を提供する。

したがって、放出される電流は照明によって、直接的に、または電子取り出し電極の電圧を制御することによって間接的に制御される。このような装置により、放出電流が確実に照明に線形に依存し、放出される電流が確実に高感度、高精度で制御されることになる。

図９Ａ、９Ｂは、エミッタの電流反応の違いを示す。すなわち、反応は、制御用ゲートがあるときには指数関数的であり、本発明による光電陰極がある場合は線形である。

第四の例示的実施形態
上記の例は、個々のターゲットに関連付けられた個別の電子源の集合を備えるマルチビーム放射線源に関する。

本発明によれば、マルチビーム放射線源はまた、長い電子源を備え、これはＸ線ビームを発生するために長いターゲットを照明することができる電子放出領域を有する（図１０Ａ、１０Ｂに示す）。このタイプの放射線源は、走査手段とともに、たとえば蛍光透視法等のための画像形成装置に一般的に使用されてもよい。

散乱光を防止するために、可動式の絞りを使用するか、あるいはＰ．デグルート（Ｄｅ Ｇｒｏｏｔ）の“Ｇｅｎｅｒａｔｅｕｒ ｄｅ ｒａｙｏｎｓ Ｘ ａ ｂａｌａｙａｇｅ ｐｏｕｒ ｓｙｓｔｅｍｅ ｄ’ｉｍａｇｅｒｉｅ ｓｕｓｃｅｐｔｉｂｌｅ ｄｅ ｆｏｎｃｔｉｏｎｎｅｒ ａ ｇｒａｎｄｅ ｖｉｔｅｓｓｅ［高速動作可能な画像形成システムのための走査用Ｘ線発生器］”と題する１９９９年６月６日出願の特許出願第００／０８３２０号に記載されているような静電または磁気偏向手段を利用した走査装置を使用することによって、高速走査を実行することが好ましいかもしれない。

第五の例示的実施形態
放射線源は、光学的焦点調節手段を有し、単独のナノチューブを位置指定して１本の電子ビームを発生する、マイクロフォーカスまたはナノフォーカス放射線源である。その結果、１本のナノチューブによって照射されるターゲットも、非常に微小な焦点を有するＸ線を供給する。マイクロレベルまたはナノレベルの微小焦点Ｘ線源のスポット径は、照明される領域の面積に応じて調整してもよく、したがって、スポット径を、ターゲット上の許容パワー密度の関数として制御することができる。任意で、磁気または静電集光システムを使い、ナノチューブの端部から放出される電子のすべてをターゲット上に集めてもよく、熱スポットの大きさは放出表面と同等で、すなわち、直径１０から１００ｎｍ程度である。

特に、このタイプの放射線源は、たとえば集積回路トランジスタのゲートの非破壊的試験を有利に実現できるかもしれない。

第六の例示的実施形態
上記の例は、電子加速手段として高電圧の放射線源に関する。本発明によれば、放射線源はまた、冷電子源と組み合わせた「ライナック」加速器構造と、冷電子源による電子の放出を制御する光電装置と、照明によって前記光電装置を制御するための光源と、を備えていてもよい。この場合、これらの要素の組み合わせによって、加速器を簡素化し、小型化し、それが生成する電子ビームとＸ線の品質を改善することができる。

次のような具体的な利点が得られる。
−加速器の周波数でのビームの初期時間変調と位相延長（ｐｈａｓｅ ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ）により、１００％近い電流効率を達成できる。電流全体が、短パルスとして放出されるため、マイクロ波による位相の受入が最大限となり、長さ方向の損失が発生しない。
−電子の損失が減少するため、ライナック内の熱損失も減る。
−放出時にすでに電子波束が生成されるため、加速器内のセルはすべて、電子の予備的な事前の塊状化ではなく、実際にビームを加速させることのみに使用できるため、ライナックの形状を簡素化し、その長さを短縮できる。したがって、従来はビームの一時的な整形に使用されていた加速器の第一の空洞を簡略化してもよい。
−電子銃の小型化に加え、高周波数電流の制御が可能となることは、非常に高周波数のライナック（たとえば、Ｘバンドで動作）も利用できることを意味する。
−生成される電子波束の短い位相延長によって、ビームの最終的なエネルギー分散を減らすことができる。
−エネルギー分散が低いために、加速器から出るビームは容易に集光でき、変換ターゲットで焦合した非常に点に近い放射源を提供できる。
−電子を事前に塊状化する、または塊状化するための空洞がないため、ビーム品質の高い、低エネルギー（４ＭｅＶ未満）のライナックの使用を想定することが可能となる。
−初期電流をパルスごとに制御することによって、Ｘ線および関連する画像形成の品質のために一定のビーム強度が必要となるような、パルスごとの多重エネルギー方式の用途に可変電流ライナックの使用を想定することが可能となる。

図１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄは、本発明の放射線源の例の詳細を示す。

詳しくは、この放射線源は、真空チャンバ５０と、光波５６ｉを入射させるための手段５６ｈと、電界を受けたときに電界放出現象によって真空内で電子５２ｉを放出することができる冷電子源５２と、高電圧を供給する電源５５と、電子衝撃の効果によりＸ線５３ｉを放出できる材料５３ｊを含む陽極５３と、Ｘ線が出る際に通過する少なくとも１つの窓５４と、前記光波を供給する少なくとも１つの光源５６と、を備える。

冷電子源はまた、少なくとも１つの導電表面５５を有する少なくとも１つの基板５７を備え、少なくとも１つの導電表面５５と陽極５３の間に高電圧が印加されることによって生じる電界を受け、前記冷電子源は、電流が照明によって略線形に制御される少なくとも１つの光導電素子５８と、少なくとも１つの電子放出素子５９とをさらに備え、前記光導電素子５８は、少なくとも１つの放出素子５９と導電表面５５との間に直列に電気接続されて、光導電装置の中で光発生された電流が、それが関連付けられるエミッタまたはエミッタの集合によって放出される電流と等しくなり、放出されたＸ線の流れが照明に略線形に依存するようになっている。

Claims (32)

1. 真空チャンバ（５０）と、光波（５６ｉ）を入射させるための手段（５６ｈ）と、電界を受けたときに電界放出現象によって真空内で電子（５２ｉ）を放出することができる冷電子源（５２）と、高電圧を供給する電源（５５）と、電子衝撃の効果によりＸ線（５３ｉ）を放出できる材料（５３ｊ）を含む陽極（５３）と、前記Ｘ線が出る際に通過する少なくとも１つの窓（５４）と、前記光波を供給する少なくとも１つの光源（５６）と、を備える放射線源であって、
   前記冷電子源はまた、少なくとも１つの導電表面（５５）を有する少なくとも１つの基板（５７）を備え、少なくとも１つの導電表面（５５）と前記陽極（５３）との間に高電圧が印加されることによって生じる電界を受け、前記冷電子源は、電流が照明によって略線形に制御される少なくとも１つの光導電素子（５８）と、少なくとも１つの電子放出素子（５９）とをさらに備え、前記光導電素子（５８）は、少なくとも１つの放出素子（５９）と導電表面（５５）との間に直列に電気接続されて、前記光導電装置の中で光発生された電流が、それが関連付けられる前記エミッタまたはエミッタの集合によって放出される電流と等しくなり、放出されたＸ線の流れが照明に略線形に依存するようになっていることを特徴とする放射線源。
2. 前記ターゲットを支持する前記陽極は電気的に接地され、前記冷電子源は高い負電圧であることを特徴とする請求項１に記載の放射線源。
3. 前記導電表面、前記光導電体および前記放出素子は、前記基板上に一体構造で集積されることを特徴とする請求項１または２に記載の放射線源。
4. 少なくとも１つの冷電子源は放出先端を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の放射線源。
5. 高解像度Ｘ線画像形成のための点状Ｘ線源を形成するための放出先端を備えることを特徴とする請求項４に記載の放射線源。
6. 前記冷電子源は少なくとも１つの導電基板と、上端が前記導電基板に対して高さｈの位置にある少なくとも１つの先端と、前記先端が、複数の場合にその隣接先端と前記高さｈの２倍に略等しいかまたはそれより大きい距離ｄだけ離れ、かつ、光導電素子の横方向の寸法ｐｈｉが、前記高さｈと略等しいかまたはそれより小さくなるように、前記先端と前記導電基板との間に設置された少なくとも１つの光導電素子と、を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の放射線源。
7. 前記エミッタまたはエミッタの集合は、規則的な列状に配置されることを特徴とする請求項４または６に記載の放射線源。
8. 少なくとも１つの冷電子源は、カーボンナノチューブまたは金属ナノワイヤで製作される放出先端を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の放射線源。
9. 前記ターゲットは、タングステンまたはＺ値の高いその他の耐熱性材料を含む材料であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の放射線源。
10. 前記ターゲットと前記Ｘ線が出るときに通過する前記窓は一致することを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の放射線源。
11. 少なくとも１つの光導電装置は、ＰＩＮ構造の半導体からなるフォトダイオード型であり、ここで、Ｉは真性半導体領域または意図的なドーピングが行われない領域もしくはわずかにドーピングされた領域であり、ドーピングはＮ−またはＰ−型であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の放射線源。
12. 前記光導電装置はＭＩＮダイオードであり、ここで、Ｍは金属領域を示すことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の放射線源。
13. 前記光導電素子は、その接触面の少なくとも１つの上に金属層を有することを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の放射線源。
14. 前記基板は、前記放出素子を支持する前面を有し、前記光源は前記前面を照明することを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項に記載の放射線源。
15. 前記基板は、前記光源に対して透明であり、前記光源は前記基板の前記前面の反対側を照明することを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項に記載の放射線源。
16. 前記基板は、前記基板内の吸収現象を最小限にするために、薄い照明対象領域を有し、前記光源は前記基板の前記前面の反対側を照明することを特徴とする請求項１３または１５に記載の放射線源。
17. 前記光源の光強度を制御し、発生させる前記Ｘ線の強度を調整する手段を備えることを特徴とする請求項１〜１６のいずれか一項に記載の放射線源。
18. 前記光源の前記電子源上の焦合を調整する手段を備えることを特徴とする請求項１〜１７のいずれか一項に記載の放射線源。
19. 光電陰極と、ターゲットと、前記シングルビームＸ線管にその円筒壁を介して入る光ビームで前記光電陰極を照明するためのミラーと、を含むチャンバを有する、円筒対称のシングルビームＸ線管を備えることを特徴とする請求項１〜１８のいずれか一項に記載の放射線源。
20. いくつかのシングルビームＸ線管と、円形に配置された前記シングルビームＸ線管を支持する円形支持手段と、高電圧電源と、Ｘ線ビームを発生させるために前記高電圧電源の電力を前記各種のシングルビームＸ線管に分配する手段と、前記シングルビームＸ線管の各々に専用の個別の光制御手段と、を備えることを特徴とする請求項１〜１９のいずれか一項に記載の放射線源。
21. 前記光制御手段と前記Ｘ線ビームはすべて相互に平行で、前記円形支持手段に垂直であることを特徴とする請求項２０に記載の放射線源。
22. 前記Ｘ線ビームを収束させるための手段を備えることを特徴とする請求項２０に記載の放射線源。
23. チャンバと、それぞれのターゲットに関連付けられた光電陰極のペアで構成されるいくつかのアセンブリと、前記光電陰極のために電力を分配するための手段と、を備えることを特徴とする請求項１〜１８のいずれか一項に記載の放射線源。
24. 前記チャンバは、収束したＸ線ビームを発生するために陥凹形状を有することを特徴とする請求項２３に記載の放射線源。
25. −１つの長い光電陰極または光電陰極の集合と、
    −前記１つの長い光電電極または前記光電陰極の集合に各々対面する１つの長いターゲットまたはターゲットの集合と、
    −１つの長い光電陰極または光電陰極の集合の照明を位置指定して、時間経過とともに、前記１つの長い光電陰極の上の異なる領域または前記光電陰極の集合の中の異なる光電陰極を選択し、これに対応して、前記１つの長いターゲットの、または前記ターゲットの集合の中の１つのターゲットの領域からＸ線を放出させるための装置と、
    を備えることを特徴とする請求項１〜２４のいずれか一項に記載の放射線源。
26. 前記照明源からのビームを、前記１つの長い光電陰極の異なる領域または前記光電陰極の集合の中の異なる光電陰極へと偏向する空間的および／または時間的変調器を備えることを特徴とする請求項２５に記載の放射線源。
27. 前記位置指定装置は、長いビームで照明され、さまざまな照明法則を、前記１つの長い光電陰極の中のある領域または前記光電領域の集合の中の１つの光電陰極に伝えて、これに対応する法則を、前記１つの長いターゲットの中の領域、または前記ターゲットの集合の中の１つのターゲットのある領域からのＸ線の放出に関して得るための空間光変調器であることを特徴とする請求項１〜２５のいずれか一項に記載の放射線源。
28. 照明源の集合を有することと、前記位置指定装置は、前記１つの長い光電陰極の異なる領域または前記光電陰極の集合の中の異なる光電陰極に１対１で関連付けられた前記照明源を偏向する能動的な光機械的なまたは光電気的な偏向器であり、前記領域または光電陰極は、前記１つの長いターゲットの異なる領域または前記ターゲットの集合の中の異なるターゲットに１対１で関連付けられることを特徴とする請求項２５に記載の放射線源。
29. 前記電子源により放出される電子を加速するための少なくとも１つの線形加速器をさらに備えることを特徴とする請求項１〜２８のいずれか一項に記載の放射線源。
30. 光強度は、少なくとも部分的に、空間伝搬ではなく（光ファイバによる）導波伝搬によって分配されることを特徴とする請求項１〜２９のいずれか一項に記載の放射線源。
31. 前記空間変調器は導波伝搬型であることを特徴とする請求項１〜３０のいずれか一項に記載の放射線源。
32. 前記真空チャンバは前記光ファイバのための経路を備えることを特徴とする請求項１〜３１のいずれか一項に記載の放射線源。

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