JP2013051156A

JP2013051156A - 透過型ｘ線発生装置及びそれを用いたｘ線撮影装置

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Publication number: JP2013051156A
Application number: JP2011189111A
Authority: JP
Inventors: Takao Ogura; 孝夫小倉; Yasue Sato; 安栄佐藤
Original assignee: Canon Inc
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Priority date: 2011-08-31
Filing date: 2011-08-31
Publication date: 2013-03-14
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Abstract

【課題】透過型ターゲットで反射した電子を有効利用することでＸ線発生効率を向上させることができる透過型Ｘ線発生装置及びそれを用いたＸ線撮影装置を提供する。
【解決手段】電子通過路８と、ターゲット支持基板９ａ上に設けられた透過型ターゲット９ｃとを有し、電子通過路８を介して、電子を透過型ターゲット９ｃに照射してＸ線を発生させる透過型Ｘ線発生装置であって、透過型ターゲット９ｃが、ターゲット支持基板９ａの中央領域に設けられており、透過型ターゲット９ｃで覆われていないターゲット支持基板９ａの周縁領域の少なくとも一部が、透過型ターゲット９ｃから反射した電子が電子通過路８の内壁面に入射することにより生じるＸ線に対して、透過型ターゲット９ｃで覆われたターゲット支持基板９ａの中央領域に比して高い透過性を有していることを特徴とする透過型Ｘ線発生装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、医療分野における診断や産業機器分野における非破壊検査等のためのＸ線撮影に適用できる透過型Ｘ線発生装置及びそれを用いたＸ線撮影装置に関する。

透過型ターゲットに電子を照射してＸ線を発生させる透過型Ｘ線発生装置では、一般にＸ線の発生効率が極めて低い。電子束を高エネルギーに加速し、透過型ターゲットに照射してＸ線を発生させる際、Ｘ線となるのは衝突する電子のエネルギーの約１％以下にすぎず、残りの約９９％以上が熱となる。このため、Ｘ線発生効率の向上が求められている。また、透過型ターゲットに電子が衝突する際には反射電子が発生するが、この反射電子はＸ線の発生に寄与しないことが知られている。

特許文献１には、電子源とターゲットの間に、電子源からターゲットに向かって開口径を絞った円錐型チャンネルを有する陽極部材を配置し、電子をチャンネル表面で弾性散乱させてターゲットに入射させることでＸ線発生効率を高める技術が提案されている。

また、特許文献２には、セラミックスやガラス材料からなる絶縁性の基板上に、ターゲットとは異なる金属からなる帯電防止膜を形成し、その上にターゲットを形成する技術が提案されている。

特開平９−１７１７８８号公報特開２００２−３５２７５４号公報

ところで、特許文献１に記載の技術では、上記構成により電子をチャンネル表面で弾性散乱させターゲットに入射させている。しかしながら、この技術は、適切な濃度の電子ビームを透過型ターゲットに供給すること、及びできるだけ小さな焦点を得ることを目的としており、透過型ターゲットで反射した電子を有効利用するものではない。また、特許文献１には、透過型ターゲットで反射した電子の入射により発生するＸ線についての記載もない。

特許文献２に記載の技術は、ターゲットのチャージアップ防止に関するものに過ぎず、特許文献１に記載の技術と同様に、透過型ターゲットで反射した電子を有効利用するものではない。また、特許文献２も、透過型ターゲットで反射した電子の入射により発生するＸ線についてすら記載していない。

そこで、本発明は、透過型ターゲットで反射した電子を有効利用することによりＸ線発生効率を向上させることができる透過型Ｘ線発生装置及びそれを用いたＸ線撮影装置の提供を目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、周囲を電子通過路形成部材で囲むことにより形成された電子通過路と、絶縁性のターゲット支持基板上に設けられた透過型ターゲットとを有し、
前記電子通過路を介して、電子を前記透過型ターゲットに照射してＸ線を発生させる透過型Ｘ線発生装置であって、
前記透過型ターゲットが、前記ターゲット支持基板の中央領域に設けられており、
前記透過型ターゲットで覆われていない前記ターゲット支持基板の周縁領域の少なくとも一部が、前記透過型ターゲットから反射した電子が前記電子通過路の内壁面に入射することにより生じるＸ線に対して、前記透過型ターゲットで覆われた前記ターゲット支持基板の中央領域に比して高い透過性を有していることを特徴とする透過型Ｘ線発生装置を提供するものである。

本発明によれば、透過型ターゲットで発生するＸ線に加えて、透過型ターゲットで発生した反射電子により発生するＸ線も、効率良く取り出す構成をとる。これにより、Ｘ線発生効率を向上させることが可能となる。

本発明の透過型Ｘ線発生装置の構成図と、この透過型Ｘ線発生装置を構成するアノード及びターゲット部の一例を示す図である。本発明のＸ線発生装置を構成するターゲット部の他の例を示す図である。本発明のＸ線発生装置を構成するターゲット部の他の例を示す図である。本発明のＸ線発生装置を構成するターゲット部の他の例を示す図である。本発明の透過型Ｘ線発生装置を用いたＸ線撮影装置の構成図である。

以下、図面を参照して、本発明の透過型Ｘ線発生装置について好適な実施形態を例示的に詳しく説明する。但し、下記実施形態に記載されている構成部材の材質、寸法、形状、相対配置等は、特に記載がない限り、本発明の範囲を限定する趣旨のものではない。

〔第１の実施形態〕
図１（ａ）〜（ｃ）を用いて第１の実施形態の透過型Ｘ線発生装置の構成について説明する。図１（ａ）は本実施形態の透過型Ｘ線発生装置の構成例を示す断面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のアノードを拡大して表した断面図、図１（ｃ）は図１（ａ）のターゲット部を透過型ターゲット側から見たときの平面図である。

透過型Ｘ線発生装置１８は、Ｘ線取り出し窓１７を有する外囲器１６内に、Ｘ線放出源１、駆動電源１５が配置され、外囲器１６内の余空間を絶縁油１４で満たして構成されている。

Ｘ線放出源１は、電子放出源３、アノード１０、ゲッタ１２、真空容器６からなる。

電子放出源３は、電流導入端子４、電子放出部２からなる。電子放出源３の電子放出機構としては、真空容器６の外部から電子放出量を制御可能な電子放出源であれば良く、熱陰極型電子放出源、冷陰極型電子放出源等を適宜適用することが可能である。電子放出源３は、真空容器６を貫通するように配置した電流導入端子４を介して、電子放出量及び電子放出のオン・オフ状態を制御可能なように、真空容器６の外部に配置した駆動電源１５に電気的に接続される。

電子放出部２から放出された電子は、不図示の引き出しグリッド、不図示の加速電極により、１０ｋｅＶ〜２００ｋｅＶ程度のエネルギーを有する電子線５となり、電子放出部２に対向させて配置した透過型ターゲット９ｃに、入射可能となっている。引き出しグリッド、加速電極は、熱陰極の電子銃管に内蔵することも可能である。また、電子線の照射スポット位置及び電子線の非点収差の調整の為の補正電極を電子放出源３に付加した上で、外部に配置した不図示の補正回路と接続することも可能である。

アノード１０は、Ｘ線透過窓を兼ねるターゲット支持基板９ａと、導電層９ｂと、透過型ターゲット９ｃと、電子通過路形成部材７と、で構成される。

ターゲット支持基板９ａは、Ｘ線の透過性が高く、熱伝導が良く、真空封止に耐える必要がある。例えば、ダイヤモンド、窒化ケイ素、炭化ケイ素、炭化アルミ、窒化アルミ、グラファイト、ベリリウム等を用いることができる。より好ましくは、Ｘ線の透過率がアルミニウムよりも小さく熱伝導率がタングステンよりも大きい、ダイヤモンド、窒化アルミ、窒化ケイ素が望ましい。また、絶縁性を有する材料を用いても良い。ターゲット支持基板９ａの厚さは、上記の機能を満足すれば良く、材料によって異なるが、０．３ｍｍ以上２ｍｍ以下が好ましい。特に、ダイヤモンドは、他の材料に比べて、熱伝導性が極めて大きく、Ｘ線の透過性も高く、真空を保持しやすいため、より優れている。しかし、これらの材料は、温度が上昇するにつれて、熱伝導率の低下が大きいため、ターゲット支持基板９ａは、できるだけ温度上昇を抑制しておく必要がある。

導電層９ｂは、電子線５が透過型ターゲット９ｃに照射され、電子によるターゲット部９のチャージアップを防ぐ目的で設けられるため、導電性を有するものであれば良く、多くの金属材料又は炭化物、酸化物等を用いることができる。ターゲット支持基板９ａへの導電層９ｂの一体化は、スパッタ、蒸着等によって得ることができる。ターゲット支持基板９ａがグラファイトやベリリウムのような導電体、又は絶縁体に添加物によって導電性を付与できる材料であれば、導電層９ｂはなくても良い。しかし、通常、市販されているダイヤモンドのような絶縁体では、導電性がないため、導電層９ｂを設ける必要がある。また、導電層９ｂを設けると、導電層９ｂを介して透過型ターゲット９ｃに電圧を供給することもできる。

導電層９ｂがターゲット部９のチャージアップを防ぐことのみを目的とするのであれば、導電性を有していれば、材料の種類や厚さに何ら制限はない。しかし、本発明では、導電層９ｂには、電子通過路形成部材７により形成された電子通過路８の内壁面で発生するＸ線を外部に取り出すための機能を持たせることを目的としているため、材料の種類や厚さについても影響を受ける。電子通過路８の内壁面におけるＸ線の発生と、その取り出し方法、及び導電層９ｂの材料や種類についての詳細は後述する。

透過型ターゲット９ｃは、通常、原子番号２６以上の金属材料を用いることができる。より好適には、熱伝導率が大きく融点が高いものほど良い。具体的には、タングステン、モリブデン、クロム、銅、コバルト、鉄、ロジウム、レニウム等の金属材料、又はこれらの合金材料を好適に用いることができる。透過型ターゲット９ｃの厚さは、加速電圧によって透過型ターゲット９ｃへの電子線の浸入深さ即ちＸ線の発生領域が異なるため、最適な値は異なるが、１μｍ〜１５μｍである。導電層９ｂへの透過型ターゲット９ｃの一体化は、スパッタ、蒸着等によって得ることができる。導電層９ｂを用いない場合のターゲット支持基板９ａへの透過型ターゲット９ｃの一体化も、スパッタ、蒸着等によって得ることができる。また、この場合の別の方法としては、別途、圧延や研磨により所定の厚さの透過型ターゲット９ｃの薄膜を作製し、ターゲット支持基板９ａに高温、高圧下で、拡散接合することにより得ることができる。

電子通過路形成部材７は、両端が開口した電子通過路８を有し、電子通過路８の一端（電子放出源３側の端部の開口部）から電子が入射し、電子通過路８の他端側（電子放出源３と反対側）に設けられた透過型ターゲット９ｃに電子が照射されてＸ線が発生する。電子通過路８は、透過型ターゲット９ｃよりも電子放出源３側では、電子線５を透過型ターゲット９ｃの電子線照射領域（Ｘ線発生領域）に導くための通過路になっている。電子通過路形成部材７としてＸ線を遮蔽できる材料を用いると、透過型ターゲット９ｃから電子放出源３側（後方）へ向かって放射されるＸ線は大部分が電子通過路８の内壁（電子通過路８の周囲を囲む電子通過路形成部材７）で遮蔽される。電子通過路８は、透過型ターゲット９ｃよりもＸ線取り出し窓１７側にも設けることができる。この場合、電子通過路８は、透過型ターゲット９ｃよりもＸ線取り出し窓１７側ではＸ線を外部に放出するための通過路になる。電子通過路形成部材７としてＸ線を遮蔽できる材料を用いると、透過型ターゲット９ｃからＸ線取り出し窓１７側（前方）へ向かって放射されるＸ線のうち不要なＸ線は、電子通過路８の内壁で遮蔽される。電子通過路８は、電子放出源３側から見たときの形状が円形でも良いし、四角形や楕円形等適宜、選択することができる。また、電子通過路形成部材７は、詳細は後述するが、透過型ターゲット９ｃに衝突した電子が反射した後、電子通過路８の内壁面に衝突し、Ｘ線を発生させる機能も有している。更に、電子通過路形成部材７は、絶縁油１４と接しているため、透過型ターゲット９ｃで発生した熱を絶縁油１４に伝達しＸ線放出源１の外部へ逃がす機能も有している。

電子通過路形成部材７に用いることができる材質は、３０ｋＶ〜１５０ｋＶで発生するＸ線を遮蔽できるものが好ましい。例えば、タングステン、タンタルの他、モリブデン、ジルコニウム、ニオブ等、又はこれらの合金を用いることができる。電子通過路形成部材７としては、電子の衝突によりＸ線が発生する材料を用いても良いし、電子の衝突によりＸ線が発生しない材料を用い、かつ電子通過路８の内壁面の少なくとも一部に電子の衝突によりＸ線が発生する材料を配置しても良い。また、電子通過路形成部材７としては透過型ターゲット９ｃと同じ材料を用いるのが好ましい。少なくとも電子通過路８の内壁面を構成する電子通過路形成部材７の材質を、透過型ターゲット９ｃと同じ材質とするのが好ましい。電子放出部２から放出された電子が直接透過型ターゲット９ｃに衝突して発生するＸ線と、透過型ターゲット９ｃで反射した電子が電子通過路８の内壁面に衝突して発生するＸ線とが同じ特性を有するからである。

電子通過路形成部材７とターゲット部９の接合は、ろう付け等により行うことができる。ろう付けによる接合は、真空容器６の内部を真空状態に保持することが重要である。ろう付けのろう材としては、電子通過路形成部材７の材料や、耐熱温度等により適宜、選択することができる。

真空容器６はガラスやセラミックス等で構成することができ、真空容器６の内部は、真空排気（減圧）された内部空間１３となっている。内部空間１３は、電子の平均自由行程として、電子放出源３とＸ線を放出する透過型ターゲット９ｃの間の距離を、少なくとも電子が飛翔可能なだけの真空度であれば良く、１×１０^-4Ｐａ以下の真空度が適用可能である。使用する電子放出源や、動作する温度等を考慮して適宜選択することが可能であり、冷陰極型電子放出源等の場合は、１×１０^-6Ｐａ以下の真空度とするのがより好ましい。真空度の維持の為に、ゲッタ１２を内部空間１３に配置するか、もしくは内部空間１３に連通している不図示の補助スペースに設置することも可能である。

以下、図１（ｂ）を用いて、アノード１０の構成を詳細に説明する。アノード１０は、ターゲット部９と、電子通過路形成部材７とからなり、本実施形態におけるターゲット部９は、図１（ｂ）のように、ターゲット支持基板上に導電層９ｂを設け、導電層９ｂ上の中央領域に透過型ターゲット９ｃを設けた構成をとる。図１（ｂ）（ｃ）において、ｄ１は透過型ターゲット９ｃの径、ｄ２は電子通過路８の内径である。ターゲット部９と電子通過路形成部材７は不図示のろう材によりろう付けされ、真空容器６の内部が真空維持されている。図１（ｂ）ではターゲット支持基板９ａ・導電層９ｂが電子通過路形成部材７にろう付けされている。図１（ｃ）における破線より外側の領域の導電層９ｂは、ターゲット部９と電子通過路形成部材７を一体化すると、電子通過路形成部材７によって覆われる。

図１（ｂ）において、電子放出源３から発生した電子線５ａは、電子通過路形成部材７により形成された電子通過路８を介して透過型ターゲット９ｃに衝突し、透過型ターゲット９ｃからＸ線１１ａが発生する。Ｘ線１１ａの一部は透過型ターゲット９ｃの自己吸収により減衰し、更にＸ線透過窓を兼ねるターゲット支持基板９ａによっても減衰するが、これらの減衰の程度は少なく、実質上、許容される。透過型ターゲット９ｃの径ｄ１は、電子線５ａの断面の径にほぼ等しいことが望ましい。多少の違いがあった場合、効果は限定されるが、本質的には変わらない。

一方、透過型ターゲット９ｃに衝突した電子線５ａのうち、一部の電子は反射され、反射電子５ｂとなって電子通過路８の内壁面に衝突し、そこでＸ線１１ｂ（以下、「副Ｘ線」ということもある。）を発生する。反射電子５ｂは、透過型ターゲット９ｃの材質、表面状態等により異なるが、多い時には、透過型ターゲット９ｃに衝突した電子の約５０％にも達する。また、反射電子５ｂが電子通過路８の内壁面に衝突する時の加速電圧は、電子放出源３から発生した電子線５ａの加速電圧よりも低くなっている。この程度は、透過型ターゲット９ｃの材料や、表面状態、反射される方向等によっても異なる。このため、Ｘ線１１ｂのエネルギーはＸ線１１ａのエネルギーに比べて小さくなる。Ｘ線１１ｂは、反射電子５ｂが衝突した電子通過路８の内壁面から全ての方向に放射されるが、電子通過路形成部材７としてＸ線を遮蔽できる材料を用いると、後方へ向かって放射されるＸ線１１ｂは大部分が電子通過路８の内壁で遮蔽される。前方へ向かって放射されるＸ線１１ｂは、透過型ターゲット９ｃを透過して、放射されるため、Ｘ線１１ａと同様に撮影に利用することが可能である。

電子通過路８の内壁面が副Ｘ線発生面となる好ましい範囲について説明する。電子通過路形成部材７の開口の大きさ（電子通過路８の直径）２Ｒと電子通過路８の距離Ｚ（副Ｘ線発生面のターゲット９ｃからの形成距離）の好ましい範囲について述べる。距離Ｚの好ましい範囲は、ターゲット９ｃで発生した反射電子の周辺部への到達密度分布を考慮して設定することができる。この到達密度分布によれば、ターゲット９ｃで反射した反射電子の到達点は、ターゲット９ｃからの距離Ｚが２Ｒ以下の電子通過路内の周辺部表面に多く存在し、全体の８０％程度が存在する。また、距離Ｚが４Ｒ以下では全体の９５％程度が存在する。さらに、距離Ｚが２０Ｒになると、反射電子の到達密度は、ほぼゼロに集束する。従って、電子通過路形成部材７の開口の大きさを２Ｒとした時に、距離Ｚが少なくとも２Ｒ以下、好ましくは４Ｒ以下の領域には副Ｘ線発生面が形成されていることが望ましい。よって、電子通過路形成部材７の開口の大きさ２Ｒと電子通過路の距離Ｚは（２Ｒ≦Ｚ≦２０Ｒ）の関係を満たすことが望ましい。さらに、好ましくは、（４Ｒ≦Ｚ≦２０Ｒ）の関係を満たすことが望ましい。本実施形態では、距離Ｚは電子通過路形成部材７の内壁の長さに等しい。

一方、電子通過路形成部材７の開口の大きさは、少なくとも電子線５がこの開口の中に入る大きさが必要である。その大きさは、電子放出源３の種類や集束電極の種類により電子線５の集束状態が異なるため一意的には決まらないが、開口の形状が円形の場合は、その直径は、０．５ｍｍ〜５．０ｍｍであることが好ましい。また、電子通過路８の距離Ｚは、Ｘ線の遮蔽効果を得るためには１ｍｍ以上は必要であることから、１ｍｍ〜２５ｍｍが好適である。

Ｘ線１１ｂがターゲット部９を透過するとき、導電層９ｂ、ターゲット支持基板９ａの２層を透過するものと、透過型ターゲット９ｃ、導電層９ｂ、ターゲット支持基板９ａの３層を透過するものがある。透過型ターゲット９ｃは、電子線５ａを衝突させてＸ線を効率良く発生させる材料や厚さでなければならないので、使用条件に応じて最適化されていなければならない。一方、導電層９ｂは、電子線５ａが衝突してＸ線を発生させることがほとんどないため、本来の機能である導電性と、Ｘ線透過性を考慮すれば良い。但し、前述のようにＸ線１１ｂのエネルギーがＸ線１１ａのエネルギーに比べて小さいため、導電層９ｂが透過型ターゲット９ｃと同じ材質、同じ厚さであると、Ｘ線の吸収が大きくなり、充分にＸ線１１ｂを取り出すことができない。Ｘ線透過性のみを考慮すると、導電層９ｂはないものが最も良いが、前述のチャージアップ防止を考慮すると、できるだけ薄い導電層９ｂが必要となる。

導電層９ｂに用いるＸ線透過性の良い材料としては、軽元素が望ましく、例えばアルミ、チタン、窒化ケイ素、シリコン、グラファイト等を用いることができる。透過型ターゲット９ｃに比して質量の軽いこれらの元素を用いた場合の導電層９ｂの厚さは、導電性がとれれば良く、材料によって異なるが、おおむね０．１ｎｍ以上１μｍ以下あれば良い。導電層９ｂの材料は透過型ターゲット９ｃの材料と同じでも良い。導電層９ｂの材料が透過型ターゲット９ｃの材料と同じ場合、導電層９ｂの厚さは、Ｘ線を透過させるために実質的に支障のない薄さであれば良い。透過型ターゲット９ｃとして通常用いられる原子番号２６以上の金属材料であっても、その厚さが薄ければ、Ｘ線の透過率が高いため、導電層９ｂとして用いることができる。例えばタングステンを用いた場合には、０．１ｎｍ以上０．２μｍ程度以下であれば、Ｘ線を僅かに遮る程度であり、軽元素の場合と同様に用いることができる。

また、図１（ｂ）では、ターゲット支持基板９ａ上に導電層９ｂ、導電層９ｂ上に透過型ターゲット９ｃを設けているが、この順でなくても良い。

導電層９ｂ上に透過型ターゲット９ｃを設けたターゲット部９の場合には、透過型ターゲット９ｃで覆われた領域における導電層９ｂの厚さを０．１ｎｍ以上０．１μｍ以下とするのが好ましい。この範囲の厚さにすることでＸ線放射時の良好な線形性と出力安定性を確保できるからである。尚、導電層９ｂの厚さは、透過型ターゲット９ｃで覆われた領域以外では上記範囲でなくても良い。また、導電層９ｂと透過型ターゲット９ｃが同じ材料の場合には、透過型ターゲット９ｃで覆われた領域における導電層９ｂの厚さは上記範囲でなくても良い。

透過型ターゲット９ｃ上に導電層９ｂを設けたターゲット部９の場合には、透過型ターゲット９ｃを覆う領域の導電層９ｂの厚さを０．１ｎｍ以上０．１μｍ以下とするのが好ましい。この範囲の厚さにすることで電子が導電層９ｂに直接衝突することにより発生するＸ線量が許容範囲以下になるからである。尚、導電層９ｂの厚さは、透過型ターゲット９ｃを覆う領域以外では電子が導電層９ｂに直接衝突しないため上記範囲でなくても良い。また、導電層９ｂと透過型ターゲット９ｃが同じ材料の場合には、透過型ターゲット９ｃを覆う領域の導電層９ｂの厚さは上記範囲でなくても良い。

このように、本実施形態によれば、電子通過路８の内壁面で副Ｘ線を発生させることができ、透過型ターゲット９ｃで覆われていないターゲット支持基板９ａの周縁領域を、導電層９ｂで覆っている。このため、この周縁領域では中央領域に比して副Ｘ線の透過性が良好になる。このため、透過型ターゲット９ｃで発生するＸ線に加えて、透過型ターゲット９ｃで発生した反射電子５ｂにより発生する副Ｘ線も、効率良く取り出すことができる。これにより、Ｘ線発生効率を向上させることが可能となる。

〔第２の実施形態〕
図２（ａ）（ｂ）を用いて第２の実施形態について説明する。図２（ａ）は本実施形態の透過型Ｘ線発生装置におけるターゲット部の断面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のターゲット部を透過型ターゲット側から見たときの平面図である。

本実施形態の透過型Ｘ線発生装置は、ターゲット部９が第１の実施形態と異なること以外は、第１の実施形態と同じ部材を用い、同じ構成としている。本実施形態におけるターゲット部９は、図２（ａ）のように、ターゲット支持基板９ａ上の中央領域に透過型ターゲット９ｃを設け、ターゲット支持基板９ａ上の中央領域以外の領域に導電層９ｂを設けた構成である。透過型ターゲット９ｃは導電層９ｂに接続されている。ターゲット支持基板９ａ、導電層９ｂ、透過型ターゲット９ｃの各材料は第１の実施形態と同様に選択することができる。

このように、本実施形態によれば、透過型ターゲット９ｃで覆われていないターゲット支持基板９ａの周縁領域を、第１の実施形態と同様に、導電層９ｂで覆っているため、この周縁領域では中央領域に比して副Ｘ線の透過性が良好になる。よって、第１の実施形態と同様の効果を奏する。

〔第３の実施形態〕
図２（ｃ）（ｄ）を用いて第３の実施形態について説明する。図２（ｃ）は本実施形態の透過型Ｘ線発生装置におけるターゲット部の断面図、図２（ｄ）は図２（ｃ）のターゲット部を透過型ターゲット側から見たときの平面図である。

本実施形態の透過型Ｘ線発生装置は、ターゲット部９が第１の実施形態と異なること以外は、第１の実施形態と同じ部材を用い、同じ構成としている。本実施形態におけるターゲット部９は、図２（ｃ）のように、ターゲット支持基板９ａ上の中央領域に透過型ターゲット９ｃを設け、ターゲット支持基板９ａ上の中央領域以外の領域及び透過型ターゲット９ｃ上に導電層９ｂを設けた構成である。透過型ターゲット９ｃは導電層９ｂで覆われている。ターゲット支持基板９ａ、導電層９ｂ、透過型ターゲット９ｃの各材料は第１の実施形態と同様に選択することができる。

〔第４の実施形態〕
図３（ａ）（ｂ）を用いて第４の実施形態について説明する。図３（ａ）は本実施形態の透過型Ｘ線発生装置におけるターゲット部の断面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のターゲット部を透過型ターゲット側から見たときの平面図である。

本実施形態の透過型Ｘ線発生装置は、ターゲット部９が第１の実施形態と異なること以外は、第１の実施形態と同じ部材を用い、同じ構成としている。本実施形態におけるターゲット部９は、図３（ａ）のように、ターゲット支持基板９ａ上の中央領域に透過型ターゲット９ｃを設け、ターゲット支持基板９ａ上の中央領域以外の領域の一部に中央領域から周縁に延びる導電層９ｂを設けた構成である。透過型ターゲット９ｃは導電層９ｂに接続されている。透過型ターゲット９ｃで覆われていないターゲット支持基板９ａ上の周縁領域において、導電層９ｂはこの周縁領域の一部に設けられており、この周縁領域のその他の部分はターゲット支持基板９ａの露出面になっている。ターゲット支持基板９ａ、導電層９ｂ、透過型ターゲット９ｃの各材料は第１の実施形態と同様に選択することができる。

このように、本実施形態によれば、透過型ターゲット９ｃで覆われていないターゲット支持基板９ａの周縁領域の一部を、導電層９ｂで覆っているため、第１〜第３の実施形態よりもこの周縁領域において副Ｘ線の透過性が良好になる。よって、第１〜第３の実施形態よりもＸ線発生効率を向上させることができる。

〔第５の実施形態〕
図３（ｃ）（ｄ）を用いて第５の実施形態について説明する。図３（ｃ）は本実施形態の透過型Ｘ線発生装置におけるターゲット部の断面図、図３（ｄ）は図３（ｃ）のターゲット部を透過型ターゲット側から見たときの平面図である。

本実施形態の透過型Ｘ線発生装置は、ターゲット部９が第１の実施形態と異なること以外は、第１の実施形態と同じ部材を用い、同じ構成としている。本実施形態におけるターゲット部９は、図３（ｃ）のように、ターゲット支持基板９ａ上の中央領域に透過型ターゲット９ｃを設け、導電層９ｂは設けない構成である。この場合には、ターゲット支持基板９ａがわずかに導電性を有することが望ましい。導電性が十分でない場合には、チャージアップしないように、使用条件等を制限することが望ましい。ターゲット支持基板９ａ、透過型ターゲット９ｃの各材料は第１の実施形態と同様に選択することができる。

このように、本実施形態によれば、ターゲット支持基板９ａの中央領域に透過型ターゲット９ｃを設け、導電層９ｂは設けていないため、透過型ターゲット９ｃで覆われていないターゲット支持基板９ａの周縁領域において副Ｘ線の透過性がより良好になる。よって、第１〜第４の実施形態よりもＸ線発生効率を向上させることができる。

〔第６の実施形態〕
図４（ａ）（ｂ）を用いて第６の実施形態について説明する。図４（ａ）は本実施形態の透過型Ｘ線発生装置におけるターゲット部の断面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のターゲット部を透過型ターゲット側から見たときの平面図である。

本実施形態の透過型Ｘ線発生装置は、ターゲット部９が第１の実施形態と異なること以外は、第１の実施形態と同じ部材を用い、同じ構成としている。本実施形態におけるターゲット部９は、図４（ａ）のように、ターゲット支持基板９ａ上の中央領域に導電層９ｂを設け、ターゲット支持基板９ａ上の中央領域以外の領域の一部にも中央領域から周縁に延びる導電層９ｂを設けている。また、ターゲット支持基板９ａ上の中央領域に位置する導電層９ｂ上に透過型ターゲット９ｃを設けている。透過型ターゲット９ｃで覆われていないターゲット支持基板９ａ上の周縁領域において、導電層９ｂはこの周縁領域の一部に設けられており、この周縁領域のその他の部分はターゲット支持基板９ａの露出面になっている。ターゲット支持基板９ａ、導電層９ｂ、透過型ターゲット９ｃの各材料は第１の実施形態と同様に選択することができる。

〔第７の実施形態〕
図４（ｃ）（ｄ）を用いて第７の実施形態について説明する。図４（ｃ）は本実施形態の透過型Ｘ線発生装置におけるターゲット部の断面図、図４（ｄ）は図４（ｃ）のターゲット部を透過型ターゲット側から見たときの平面図である。

本実施形態の透過型Ｘ線発生装置は、ターゲット部９が第１の実施形態と異なること以外は、第１の実施形態と同じ部材を用い、同じ構成としている。本実施形態におけるターゲット部９は、図４（ｃ）のように、ターゲット支持基板９ａ上の中央領域に透過型ターゲット９ｃを設け、ターゲット支持基板９ａ上の中央領域以外の領域及び透過型ターゲット９ｃ上の周縁領域に導電層９ｂを設けた構成である。ターゲット支持基板９ａ、導電層９ｂ、透過型ターゲット９ｃの各材料は第１の実施形態と同様に選択することができる。

〔第８の実施形態〕
図４（ｅ）（ｆ）を用いて第８の実施形態について説明する。図４（ｅ）は本実施形態の透過型Ｘ線発生装置におけるターゲット部の断面図、図４（ｆ）は図４（ｅ）のターゲット部を透過型ターゲット側から見たときの平面図である。

本実施形態の透過型Ｘ線発生装置は、ターゲット部９が第１の実施形態と異なること以外は、第１の実施形態と同じ部材を用い、同じ構成としている。本実施形態におけるターゲット部９は、図４（ｅ）のように、ターゲット支持基板９ａ上の中央領域以外の領域に導電層９ｂを設け、ターゲット支持基板９ａ上の中央領域及びその周縁の導電層９ｂ上に透過型ターゲット９ｃを設けた構成である。導電層９ｂの一部は透過型ターゲット９ｃで覆われている。ターゲット支持基板９ａ、導電層９ｂ、透過型ターゲット９ｃの各材料は第１の実施形態と同様に選択することができる。

〔第９の実施形態〕
本発明の第９の実施形態は、図５に示すように、透過型Ｘ線発生装置を用いたＸ線撮影装置である。本実施形態のＸ線撮影装置は、透過型Ｘ線発生装置１８、Ｘ線検出器１９、信号処理部２０、装置制御部２１及び表示部２２を備えている。Ｘ線検出器１９は信号処理部２０を介して装置制御部２１に接続され、装置制御部２１は表示部２２及び駆動電源１５に接続されている。透過型Ｘ線発生装置１８としては、第１〜第８の実施形態の透過型Ｘ線発生装置が好適に用いられる。

透過型Ｘ線発生装置１８における処理は装置制御部２１によって統括制御される。例えば、装置制御部２１は透過型Ｘ線発生装置１８とＸ線検出器１９によるＸ線撮影を制御する。透過型Ｘ線発生装置１８から放出されたＸ線は、被検体２３を介してＸ線検出器１９で検出され、被検体２３のＸ線透過画像が撮影される。撮影されたＸ線透過画像は表示部２２に表示される。また例えば、装置制御部２１は透過型Ｘ線発生装置１８の駆動を制御し、駆動電源１５を介してＸ線放出源１に印加される電圧信号を制御する。

本実施形態のＸ線撮影装置によれば、第１〜第８の実施形態と同様に、Ｘ線発生効率を向上させることができる。

以下、本発明を実施例及び比較例に基づいて詳細に説明する。

［実施例１］
本実施例の透過型Ｘ線発生装置は、図１（ｂ）のターゲット部９を有する透過型Ｘ線発生装置である。まず、ターゲット支持基板９ａとして厚さ１ｍｍ、直径５ｍｍの単結晶ダイヤモンド基板を用い、ダイヤモンド基板の表面（電子を入射させる側の面）の全面に、導電層９ｂとしてチタンを０．１μｍ成膜した。次に、ダイヤモンド基板の表面におけるチタンを成膜した中央領域に、透過型ターゲット９ｃとして直径１ｍｍのタングステン層を５μｍ成膜し、図１（ｂ）のターゲット部９を作製した。続いて、電子通過路形成部材７としてタングステンを用い、電子通過路形成部材７に直径１．５ｍｍの電子通過路８を形成した。その後、電子通過路形成部材７にターゲット支持基板９ａ・導電層９ｂをろう付けして図１（ｂ）のアノード１０を作製した。このアノード１０を用いて図１（ａ）の透過型Ｘ線発生装置を作製した。

［実施例２］
本実施例の透過型Ｘ線発生装置は、図２（ａ）のターゲット部９を有する透過型Ｘ線発生装置である。まず、ターゲット支持基板９ａとして厚さ１ｍｍ、直径５ｍｍの単結晶ダイヤモンド基板を用い、ダイヤモンド基板の表面の中央領域に、透過型ターゲット９ｃとして直径１ｍｍのタングステン層を５μｍ成膜した。次に、ダイヤモンド基板の表面におけるタングステン層を成膜した領域以外の全面に、導電層９ｂとしてチタンを０．１μｍ成膜し、図２（ａ）のターゲット部９を作製した。その後、実施例１と同様にしてアノード１０を作製し、このアノード１０を用いて実施例１と同様にして透過型Ｘ線発生装置を作製した。

［実施例３］
本実施例の透過型Ｘ線発生装置は、図２（ｃ）のターゲット部９を有する透過型Ｘ線発生装置である。まず、ターゲット支持基板９ａとして厚さ１ｍｍ、直径５ｍｍの単結晶ダイヤモンド基板を用い、ダイヤモンド基板の表面の中央領域に、透過型ターゲット９ｃとして直径１ｍｍのタングステン層を５μｍ成膜した。次に、ダイヤモンド基板の表面におけるタングステン層を成膜した領域を含む全面に、導電層９ｂとしてチタンを０．１μｍ成膜し、図２（ｃ）のターゲット部９を作製した。その後、実施例１と同様にしてアノード１０を作製し、このアノード１０を用いて実施例１と同様にして透過型Ｘ線発生装置を作製した。

［実施例４］
本実施例の透過型Ｘ線発生装置は、図２（ｃ）のターゲット部９を有する透過型Ｘ線発生装置である。導電層９ｂとしてタングステンを用いた点が実施例３と異なる。まず、ターゲット支持基板９ａとして厚さ１ｍｍ、直径５ｍｍ単結晶ダイヤモンド基板を用い、ダイヤモンド基板の表面の中央領域に、透過型ターゲット９ｃとして直径１ｍｍのタングステン層を５μｍ成膜した。次に、ダイヤモンド基板の表面におけるタングステン層を成膜した領域を含む全面に、導電層９ｂとしてタングステンを０．１μｍ成膜し、図２（ｃ）のターゲット部９を作製した。その後、実施例１と同様にしてアノード１０を作製し、このアノード１０を用いて実施例１と同様にして透過型Ｘ線発生装置を作製した。

［実施例５］
本実施例の透過型Ｘ線発生装置は、図３（ａ）のターゲット部９を有する透過型Ｘ線発生装置である。まず、ターゲット支持基板９ａとして厚さ１ｍｍ、直径５ｍｍの単結晶ダイヤモンド基板を用い、ダイヤモンド基板の表面の中央領域に、透過型ターゲット９ｃとして直径１ｍｍのタングステン層を５μｍ成膜した。次に、ダイヤモンド基板の表面におけるタングステン層を成膜した領域以外に、タングステン層に接して、チタンを幅０．３ｍｍ、厚さ０．１μｍでダイヤモンド基板の表面の周縁まで成膜し、図３（ａ）のターゲット部９を作製した。その後、実施例１と同様にしてアノード１０を作製し、このアノード１０を用いて実施例１と同様にして透過型Ｘ線発生装置を作製した。

［実施例６］
本実施例の透過型Ｘ線発生装置は、図３（ｃ）のターゲット部９を有する透過型Ｘ線発生装置である。まず、ターゲット支持基板９ａとして厚さ１ｍｍ、直径５ｍｍの単結晶ダイヤモンド基板を用い、ダイヤモンド基板の表面の中央領域に、透過型ターゲット９ｃとして直径１ｍｍのタングステン層を５μｍ成膜し、図３（ｃ）のターゲット部を作製した。導電層９ｂは設けなかった。その後、実施例１と同様にしてアノード１０を作製し、このアノード１０を用いて実施例１と同様にして透過型Ｘ線発生装置を作製した。

［比較例］
比較例として、ターゲット支持基板９ａの表面の全面に透過型ターゲット９ｃを設けたターゲット部９を有する透過型Ｘ線発生装置を作製した。まず、ターゲット支持基板９ａとして厚さ１ｍｍ、直径５ｍｍの単結晶ダイヤモンド基板を用い、ダイヤモンド基板の表面の全面に、透過型ターゲット９ｃとしてタングステン層を５μｍ成膜し、比較例のターゲット部９を作製した。その後、実施例１と同様にしてアノード１０を作製し、このアノード１０を用いて実施例１と同様にして本比較例の透過型Ｘ線発生装置を作製した。

＜試験方法＞
上記実施例と比較例で作製した透過型Ｘ線発生装置のＸ線放出源１から得られるＸ線量を比較するために、電離箱方式のＸ線測定器により測定した。Ｘ線放出源１への印加電圧を６０ｋＶと１００ｋＶ、電流を１ｍＡ、作動時間を０．１秒に設定してＸ線放出源１を作動した。Ｘ線量の測定は、ターゲット部９の位置から１ｍ離れた位置にＸ線測定器を設置して実施した。

＜測定結果及び評価＞
上記実施例と比較例において、上記試験方法に基づいてＸ線放出源１から得られるＸ線量を測定した結果を表１に示す。表１では、実施例１〜６における６０ｋＶ、１００ｋＶでのＸ線量を、比較例における６０ｋＶ、１００ｋＶでのＸ線量をそれぞれ１００としたときの値で示している。６０ｋＶの場合の実施例１〜６のＸ線量は１１４〜１１８、１００ｋＶの場合の実施例１〜６のＸ線量は１０８〜１１０であり、いずれの実施例でも比較例よりも多くのＸ線量を得ることができた。印加電圧６０ｋＶの場合の方が１００ｋＶの場合よりも多くのＸ線量を得ることができたのは、Ｘ線のエネルギーが低いために、電子線が直接照射される領域以外の成膜をなくし又は薄くすることによって、吸収されるＸ線が少ないためと考えられる。

１：Ｘ線放出源、２：電子放出部、３：電子放出源、４：電流導入端子、５：電子線、６：真空容器、７：電子通過路形成部材、８：電子通過路、９：ターゲット部、９ａ：ターゲット支持基板、９ｂ：導電層、９ｃ：透過型ターゲット、１０：アノード、１１：Ｘ線、１２：ゲッタ、１３：内部空間、１４：絶縁油、１５：駆動電源、１６：外囲器、１７：Ｘ線取り出し窓、１８：透過型Ｘ線発生装置、１９：Ｘ線検出器、２０：信号処理部、２１：装置制御部、２２：表示部、２３：被検体、２４：Ｘ線撮影装置

Claims

周囲を電子通過路形成部材で囲むことにより形成された電子通過路と、絶縁性のターゲット支持基板上に設けられた透過型ターゲットとを有し、
前記電子通過路を介して、電子を前記透過型ターゲットに照射してＸ線を発生させる透過型Ｘ線発生装置であって、
前記透過型ターゲットが、前記ターゲット支持基板の中央領域に設けられており、
前記透過型ターゲットで覆われていない前記ターゲット支持基板の周縁領域の少なくとも一部が、前記透過型ターゲットから反射した電子が前記電子通過路の内壁面に入射することにより生じるＸ線に対して、前記透過型ターゲットで覆われた前記ターゲット支持基板の中央領域に比して高い透過性を有していることを特徴とする透過型Ｘ線発生装置。
少なくとも、前記透過型ターゲットで覆われていない前記ターゲット支持基板の周縁領域の一部に、前記透過型ターゲットに接続された導電層が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の透過型Ｘ線発生装置。
前記導電層の厚さが前記透過型ターゲットの厚さより薄いことを特徴とする請求項２に記載の透過型Ｘ線発生装置。
前記導電層が、前記透過型ターゲットに比して質量の軽い元素で構成されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の透過型Ｘ線発生装置。
前記導電層が、前記透過型ターゲットで覆われていない前記ターゲット支持基板の周縁領域の一部に設けられており、前記透過型ターゲットで覆われていない前記ターゲット支持基板の周縁領域のその他の部分が前記ターゲット支持基板の露出面であることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか一項に記載の透過型Ｘ線発生装置。
少なくとも電子通過路の内壁面を構成する電子通過路形成部材の材質が前記透過型ターゲットと同じ材質であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の透過型Ｘ線発生装置。
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の透過型Ｘ線発生装置と、前記透過型Ｘ線発生装置から放出されて被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出器と、を備えることを特徴とするＸ線撮影装置。