JP2013171630A

JP2013171630A - Ｘ線発生装置

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Publication number: JP2013171630A
Application number: JP2012033153A
Authority: JP
Inventors: Genta Sato; 玄太佐藤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2012-02-17
Filing date: 2012-02-17
Publication date: 2013-09-02

Abstract

【課題】１０ＭｅＶ以下のエネルギーを持つ電子線を用いて逆コンプトン散乱によりＸ線を発生させるＸ線発生装置において、従来よりも高いエネルギーのＸ線を発生することが可能なＸ線発生装置を提供すること。
【解決手段】Ｘ線発生装置１００は、光１１を出射する光源６と電子線５を出射する電子線源１とを備え、光１１と電子線５とを交差させることによりＸ線を発生させる。電子線源は１０ＭｅＶ以下のエネルギーを有する電子線を出射し、光と電子線との交差時において、光の有するスペクトルのピーク波長は１００ｎｍ未満である。
【選択図】図１

Description

本発明は、Ｘ線発生装置に関する。

Ｘ線を発生させる方法の一つとして、逆コンプトン散乱を利用した方法がある。逆コンプトン散乱とは、加速された高エネルギーを持つ電子線に光を交差させて電子が散乱したときにＸ線やγ線が発生する現象であり、単色性が高く、エネルギーが高いＸ線を発生させることができる。逆コンプトン散乱により発生するＸ線のエネルギーは、光のエネルギーと、電子のエネルギーと、光と電子線とが交差する角度とによって決まる。また、逆コンプトン散乱により発生するＸ線の拡がる角度は電子のエネルギーにより決まっている。非特許文献１には、レーザーと電子線を交差させて逆コンプトン散乱を起こすことでＸ線を発生させるＸ線発生装置について記載されている。尚、本明細書においてＸ線とはエネルギーが２ｋｅＶ以上１００ｋｅＶ以下の電磁波を指す。

ＫａｔｓｕｈｉｒｏＤＯＢＡＳＨＩ，ｅｔａｌ．"ＤｅｓｉｇｎｏｆＣｏｍｐａｃｔＭｏｎｏｃｈｒｏｍａｔｉｃＴｕｎａｂｌｅＨａｒｄＸ−ＲａｙＳｏｕｒｃｅＢａｓｅｄｏｎＸ−ｂａｎｄＬｉｎａｃ"ＪａｐａｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓＶｏｌ．４４，Ｎｏ．４Ａ，２００５，ｐｐ．１９９９-２００５

上述のように、逆コンプトン散乱により発生するＸ線のエネルギーは、光のエネルギーと、電子線のエネルギーと、光と電子線とを交差する角度とによって決まる。

非特許文献１に記載のＸ線発生装置のようにレーザーを用いてエネルギーが高いＸ線を得ようとすると、電子線のエネルギーを高くすることが必要である。そのため、発生するＸ線の発散角が狭くなるのに加え、電子線源の大きさが大きくなる。例えば、非特許文献１に記載されているように１０６４ｎｍのレーザー光源を用いて３０ｋｅＶ以上のＸ線を発生するためには、５０ＭｅＶ以上のエネルギーを持つ電子が必要である。５０ＭｅＶのエネルギーを持つ電子を用いた場合、発生するＸ線の広がり角はおおよそ６ｍｒａｄであり、５０ＭｅＶのエネルギーを持つ電子を発生させるためには、一般的におおよそ５ｍ程度の加速器が必要である。

そのため、例えば医療用のＸ線撮像装置に用いられるＸ線発生装置として用いる場合、Ｘ撮像装置の大型化を招くという課題があった。また、Ｘ線の広がり角が狭いため、Ｘ線を照射できる範囲が小さく、撮像範囲が限られてしまう可能性もあった。一方で、１０ＭｅＶ以下の電子線を用いることで、加速器の小型化が可能であるが、発生するＸ線のエネルギーが低下する問題がある。

そこで本発明は、１０ＭｅＶ以下のエネルギーを持つ電子線を用いて逆コンプトン散乱によりＸ線を発生させるＸ線発生装置において、従来よりも高いエネルギーのＸ線を発生することが可能なＸ線発生装置を提供することを目的とする。

その目的を達成するために、本発明の一側面としてのＸ線発生装置は、光を出射する光源と、電子線を出射する電子線源と、を備え、前記光と前記電子線とを交差させることによりＸ線を発生させるＸ線発生装置であって、前記電子線源は１０ＭｅＶ以下のエネルギーを有する前記電子線を出射し、前記光と前記電子線との交差時における前記光の波長のピークは１００ｎｍ未満であることを特徴とする。

本発明のその他の側面については、以下で説明する実施の形態で明らかにする。

１０ＭｅＶ以下のエネルギーを持つ電子線を用いて逆コンプトン散乱によりＸ線を発生させるＸ線発生装置において、従来よりも高いエネルギーのＸ線を発生することが可能なＸ線発生装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係るＸ線発生装置の模式図。本発明の第１実施形態の反射鏡に係る多層膜の模式図。本発明の第２実施形態に係るＸ線発生装置の模式図。本発明の第２実施形態に係る反射鏡の模式図。本発明の第３実施形態に係るＸ線発生装置の模式図。本発明の第３実施形態に係る反射鏡の模式図。本発明の第４実施形態に係るＸ線撮像装置の模式図。逆コンプトン散乱を用いたＸ線発生装置における３５ｋｅＶのＸ線発生に必要な電子線のエネルギーと光の波長の関係を表わす図。

以下に、本発明の好ましい実施形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。なお、各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

〔第１実施形態〕
本実施形態のＸ線発生装置１００は１０ＭｅＶ以下のエネルギーを有する電子線と波長が１００ｎｍ未満の光を交差させることにより１５ｋｅＶ以上のエネルギーを有するＸ線を発生させるＸ線発生装置である。

図１は本発明の第１実施形態のＸ線発生装置１００の図である。
本実施形態のＸ線発生装置は、電子線を出射する電子線源１と、電子線源からの電子線の進行方向を変更する電子光学素子として偏向磁石２（２ａ，２ｂ）を備える。また、光を出射する光源６と、光源からの光の進行方向を変更する光学素子として反射鏡９も備える。偏向磁石２によって偏向された電子線５と反射鏡９からの光１１が交点１２で交差すると、その交点１２において電子と光子が衝突してＸ線１３が発生する。以下、本実施形態のＸ線発生装置の構成についてより詳細に説明をする。

電子線源１は、１０ＭｅＶ以下のエネルギーを持つ電子線を発生させて電子線源１の外へ出射する。１０ＭｅＶ以下の電子線であれば、大型加速管を用いなくても発生させることができるため、電子線源１の小型化を図ることができる。また、高いエネルギーを持つ電子線が固体と衝突するとガンマ線に起因してその固体が放射化するため、Ｘ線発生装置内が放射化されることがあるが、１０ＭｅＶ以下のエネルギーを持つ電子線を用いればこの放射化を部分的なものに抑えることが可能となる。装置内の放射化を部分的なものに抑えることができれば、中性子を遮蔽する、コンクリートや水といった遮蔽設備によって装置全体を囲わずにすむ。

また、電子線源１から出射する電子線５の持つエネルギーは６ＭｅＶ以下であることが望ましい。６ＭｅＶ以下のエネルギーを持つ電子線から発生するガンマ線では放射性物質が発生しないとみなすことができるため、Ｘ線発生装置内の放射化を考慮した管理が不要となる。

一方、１ＭｅＶ未満のエネルギーを持つ電子線は、電子線の中の電子間の散乱によって電子線を所望のサイズに絞り難い場合がある。また、光１１と交差する電子のエネルギーが１ＭｅＶ未満だと、Ｘ線を発生するために必要な光は波長が短く、扱いが難しくなる。特に、１ＭｅＶ未満のエネルギーを持つ電子線を用いて３０ｋｅＶ以上のＸ線を発生させたい場合、必要な光の波長はおおよそ１．２ｎｍ以下になり、扱いが難しい。そのため、交点１２において光１１と交差する際のエネルギーが１ＭｅＶ以上になるようなエネルギーを持つ電子線を出射することがより望ましい。

尚、Ｘ線発生装置が電子線の加速器を備え、電子線源１から出射した電子線が加速器で加速されてから光と交差する場合、本明細書ではその加速器も電子源の一部とみなす。また、電子線源１は電子線を定常的に出射しても良いし、パルス的に出射しても良い。

本実施形態のＸ線発生装置は電子光学素子として、電子線５を偏向することで電子線の軌道を変更する第１偏向磁石２ａと第２偏向磁石２ｂを備える。また、第１偏向磁石２ａと第２偏向磁石２ｂの間には、電子線５の軌道上に電子線集束素子４が配置され、電子線５の直径を小さくすることができる。第１の偏向磁石２ａは電子源１から出射した電子線５を偏向することで、電子線５を光１１との交点１２へ導く。また、第２の偏向磁石２ｂは光１１と交差した電子線を偏向して、電子線５を電子線減衰器３へ導く。電子線減衰器３は、電子線５による固体の溶融を避けるために水槽を用いてもよいし、エネルギーを回収し再利用するため加速空洞を用いてもよい。

電子線５は空気との衝突により減衰してしまうため、電子線５は真空容器１４内を進行することが望ましい。電子源１と第１偏向磁石２ａと第２偏向磁石２ｂと電子線減衰器３とは、真空容器１４の内部に配置してもよいし、外部に配置してもよい。電子線源１と第１偏向磁石２ａと第２偏向磁石２ｂと電子線減衰器３とを真空容器１４の外部に配置すると、真空容器１４の容積を小さくすることができる。電子線源１と電子線減衰器３を真空容器１４の外部に配置する場合は、電子線５の空気による減衰を抑制するため、電子線源１と電子線減衰器３を真空容器１４に接するように配置することが望ましい。

光源６は波長λが１００ｎｍ未満の光１１を発生させて出射する。尚、光源からの光の有するスペクトルのピーク波長が１００ｎｍ未満であれば良い。光源６としては、例えば放電プラズマ若しくはレーザープラズマを用いた半導体リソグラフィ用ＥＵＶ光源又はレーザープラズマから誘導放射により発生する軟Ｘ線レーザーなどを用いることができる。

波長が短くなるほどその光の取り扱いが難しくなるため、光の波長は１０ｎｍ以上であることが望ましい。一方、光子の波長が長くなるほど、同じエネルギーのＸ線を発生させるときに必要な電子のエネルギーが大きくなる。よって、特に３０ｋｅＶ以上のＸ線を発生させる場合は５０ｎｍ以下の波長を持つ光を用いることが望ましい。もちろん、３０ｋｅＶ未満のＸ線を発生させる場合も、電子線のエネルギーを低く抑えるために５０ｎｍ以下の波長の光を用いても良い。また、光源６は電子線源１同様に、光１１を定常的に出射しても良いし、パルス的に出射しても良い。但し、パルス的に出射する場合は電子線源１による電子線の出射と同期させて光を出射する必要がある。

光源６の下流には、光学素子として、集光素子７と反射鏡９とが配置されている。

集光素子７は湾曲した基板とその基板上に形成された反射層部を有する。反射層部は光１１を反射するように構成されており、反射層部に入射した光が反射することで集光素子７は光１１を集光する。この集光素子７は光源６と反射鏡９の間に配置され、集光素子７により集光された光１１が反射鏡９に入射する。例えば、光源６として半導体リソグラフィ用ＥＵＶ光源を用いた場合、光は４π方向へ放射されるため、集光素子７としてＳｃｈｗａｒｚｓｃｈｉｌｄ対物鏡を用いるとよい。反射鏡９は基板とその基板上に形成された反射層部９ｄを有する。反射層部９ｄは光１１を反射するように構成されており、集光素子７により集光された光１１は反射層部９ｄで反射して、電子線との交点１２へ導かれる。そのため、反射鏡９は、集光素子７により集光された光１１が入射し、反射層部９ｄによって反射された光１１が光入射窓１５を通して真空容器１４内に入る位置に配置される。

また、電子線５と光１１が交差することにより生じるＸ線が反射鏡９に入射しないように、第１偏向磁石と第２偏向磁石との間における電子線５の軌道を延長した直線と交わらない位置に反射鏡９は配置される。これにより、光１１は交点１２において電子線５に対して斜めに交差する。また、第１偏向磁石と第２偏向磁石との間における電子線５の軌道を延長した直線上に、発生したＸ線が真空容器１４の外へ出射する際に透過するＸ線窓１７（以下、第１のＸ線窓と呼ぶことがある。）と、真空容器１４から出射したＸ線がＸ線発生装置の外へ出射する際に透過するＸ線窓１１７（以下、第２のＸ線窓と呼ぶことがある。）が配置されており、Ｘ線１３は、反射鏡９による減衰を受けずにＸ線発生装置の外へ出射することが可能となる。尚、発生したＸ線がＸ線発生装置の外へ出射する際には第１のＸ線窓と第２のＸ線窓とを透過するが、本明細書において、Ｘ線発生装置の外へ出射する際に透過する窓とは、特に断りがない限り第２のＸ線窓のことを指すものとする。

尚、本実施形態のＸ線発生装置は、光学素子として集光素子７と反射鏡９を備えるが、反射鏡が集光の機能を有する場合は集光素子７を備えなくともよい。また、Ｘ線発生装置は、集光素子７と反射鏡９を夫々２つ以上備えていてもよい。複数の反射鏡を用いると設計の自由度が向上する。

光源６から発生する光１１の波長λが１００ｎｍ未満の場合、反射層部として通常の金属などの平坦面を用いると反射率が低い。そのため、本実施形態のＸ線発生装置が備える集光素子７および反射鏡９の少なくとも一方の反射層部は、複数の反射層を積層した、いわゆる多層膜を有することが望ましい。より効率的に光１１を電子線５に交差させるには集光素子７と反射鏡９の両方の反射層部が多層膜を有することがより望ましい。

図２に反射層部９ｄが多層膜からなる反射鏡９の断面図を示す。反射鏡９は基板９ｃ上に多層膜９ｄからなる構造を有する。

基板９ｃ上に形成された多層膜は重元素９ａ（例えば、モリブデン、タングステン、ニッケル、クロム夫々の単体）と軽元素９ｂ（例えば、シリコン、炭素、チタン、ホウ素夫々の単体）とから構成され、それぞれの膜が繰り返された構造を持つ。多層膜の表面から深さ方向に繰り返される構造の最小厚さをｄ、多層膜に入射する光１１の入射方向１１ａと多層膜のなす角度をθ、波長をλとすると、多層膜は２ｄ×ｓｉｎθ＝ｎλで表わされるＢｒａｇｇ条件を満たすように構成されている。ここで、ｎは正の整数である。このように多層膜がＢｒａｇｇ条件を満たすように構成されているため、反射鏡９は１００ｎｍ未満の波長の光であっても６５％以上反射することができる。図２では基板９ｃは平坦であるが、曲がっていてもよい。湾曲した基板面に多層膜を形成することで、１００ｎｍ未満の光を集光可能な集光素子も実現できる。尚、図２では、多層膜の有する反射層数が８層であるが、多層膜の反射層数はこれに限らない。

真空容器１４の内部において、電子線５と交差した光１１は光出射窓１６を通して真空容器１４の外部へと取り出され、光減衰器１０により減衰される。

真空容器１４には光入射窓１５と光出射窓１６の他に、第１のＸ線窓１７が設けられており、電子線５と光１１が交差することにより発生したＸ線１３は、第１のＸ線窓１７から真空容器の外へ出射する。第１のＸ線窓は、例えばプラスチック、ガラス、アルミのような、Ｘ線の透過率が高い材料で形成される。

また、Ｘ線発生装置１００の筐体には第２のＸ線窓１１７が設けられており、第１のＸ線窓１７から出射したＸ線が第２のＸ線窓からＸ線発生装置の外へ出射する。第２のＸ線窓も第１のＸ線窓と同様に、例えばプラスチック、ガラス、アルミのような、Ｘ線の透過率が高い材料で形成される。

上述した本実施形態のＸ線発生装置によるＸ線発生の動作について説明する。
本Ｘ線発生装置を動作させると、第１偏向磁石２ａと第２偏向磁石２ｂとの間にある交点１２において、光１１が電子線５に対して斜めに交差することで、電子と光子が衝突する。電子線５との交差により散乱された光１１は、Ｘ線１３へと変換される。Ｘ線１３は、光との交差時における電子線の進行方向を中心に所定の発散角を有するように発生する。つまり、本実施形態では、第１偏向磁石２ａと第２偏向磁石２ｂの間における電子線５の進行方向を中心とする方向へＸ線１３が放射される。放射されたＸ線１３は、Ｘ線窓１７から真空容器１４の外部へと出射する。上述した通り、真空容器１４の外部へ出射したＸ線１３は集光素子７にも反射鏡９にも入射しない。これにより、Ｘ線１３は、集光素子７と反射鏡９による減衰も進行方向の変更も受けずにＸ線発生装置の外へ出射することが可能となる。

本実施形態のＸ線発生装置により発生するＸ線のエネルギーと発散角について説明をする。電子の速度と光速ｃの比をβ、光のエネルギーをＥ_Ｌ、電子線５と光１１の交差角度（衝突角度）をθ_Ｌ、プランク定数をｈ、電子の質量をｍ、発生するＸ線の取り出し角度をθ_Ｘとすると、Ｘ線のエネルギーＥ_Ｘは、
Ｅ_ｘ＝Ｅ_Ｌ×（１−βｃｏｓθ_Ｌ）／｛１−βｃｏｓθ_Ｘ＋Ｅ_Ｌ／ｍγｃ２×（１−ｃｏｓ（θ_Ｌ−θ_Ｘ））…式（１）
となる。ここでγ＝１／（１−β^２）^１／２である。

図８に、３５ｋｅＶのエネルギーを有するＸ線の発生に必要な、電子線のエネルギーと光の波長の関係を表わす図を示す。但し、交差角度θ_Ｌ＝π、取り出し角度θ_Ｘ＝０である。尚、交差角度θ_Ｌ＝πのとき、電子線の電子と光の光子は正面衝突し、取り出し角度θ_Ｘ＝０のとき、電子線と光の交差時（電子と光子の衝突時）における電子線の進行方向とＸ線の取り出し方向は一致する。

１００ｎｍ未満の波長をもつ光１１を用いることで、１０ＭｅＶ以下のエネルギーを持つ電子線を用いても、１５ｋｅＶ以上のＥ_Ｘを得ることができる。また、本実施形態のＸ線発生装置は逆コンプトン散乱によりＸ線を発生させているため、単色性の高いＸ線を発生することができる。

従来、医療用又は工業用等に一般的に用いられるＸ線発生装置は、重金属でできたターゲットに電子線を衝突させてＸ線を発生させているが、この方法だと、２５ｋｅＶ以上の単色Ｘ線を発生させることが困難である。しかし、本実施形態では逆コンプトン散乱を用いているため、２５ｋｅＶ以上の単色Ｘ線を発生させることができ、且つ、１０ＭｅＶ以下の電子線を用いているため従来の逆コンプトン散乱を用いたＸ線発生装置よりも装置のサイズを小さくすることができる。つまり、本実施形態のＸ線発生装置は、２５ｋｅＶ以上の単色Ｘ線を限られたスペース内で発生させるための有効な解決策となることができる。

また、発生するＸ線１３の広がり角Θは、ｔａｎΘ〜１／γで表わされる。この式より、例えば、６ＭｅＶのエネルギーを持つ電子線を用いると、発生するＸ線の広がり角は８０ｍｒａｄであり、より低エネルギーの電子線５を用いると、発生するＸ線の広がり角を８０ｍｒａｄ以上にすることができる。広い角度でＸ線を取り出すことができる方が、Ｘ線の照射面積を広くしやすい。そのため、例えばＸ線撮像装置のＸ線源として用いるときには、低エネルギーの電子線を用いた方が、一般的に撮像範囲を広くしやすい。

つまり、本実施形態のＸ線発生装置は、従来の逆コンプトン散乱を用いたＸ線発生装置と同じエネルギーのＸ線を発生させる場合、より低いエネルギーの電子線を用いることができる。そのため装置のサイズを小さくでき、且つ、Ｘ線の取り出す角度を広くすることができる。

発生するＸ線１３の光数は、電子線５と光１１が交差する回数により決定される。尚、電子集束素子４の調整により交点１２における電子線５の半径を小さくしたり、集光素子７の調整素子により交点１２における光１１の半径を小さくしたりすることで、より小さな面積から、多くのＸ線１３を発生することが可能となる。

〔第２実施形態〕
次に、図３に基づいて本発明の第２実施形態のＸ線発生装置１０１について説明する。

本実施形態のＸ線発生装置１０１は、図３に示すように電子線５と光１１が交点１２において正面交差することが第１実施形態と異なる。尚、本明細書において電子線と光が正面交差するとは、電子線軸と光軸が重なり、電子線軸上における電子の進行方向と光軸上における光の進行方向とが１８０°異なる状態で電子線と光が交差することを指す。尚、電子線と光が正面交差すると、電子と光子が正面衝突する。

電子線電子線５と光１１が正面交差すると、電子線５と光の交差角度θ_Ｌ＝０となる。このとき、上記式（１）より他の条件が同じ場合、発生するＸ線のエネルギーＥ_Ｘは最大となる。そのため、所望のエネルギーのＸ線を発生させる場合、電子線５と光１１は斜めに交差するよりも正面交差するほうが電子線５のエネルギーを低く抑える、もしくは、光１１の波長を長くすることができる。さらに、電子線５と光１１を正面交差させることにより、電子線５と光１１との交差する体積、つまり電子と光子が衝突する体積を実効的に大きくすることができる。その結果、より多くの光をＸ線１１３へと変換することが可能となる。第１実施形態同様に、Ｘ線１１３は第１偏向磁石２ａと第２偏向磁石２ｂの間における電子線５の進行方向を中心とする方向へ放射される。放射されたＸ線１１３は光入射窓１５を介して真空容器１４の外部へ取り出す。

このように電子線５と光１１を正面交差させ、電子と光を正面衝突させるためには、交点１２を含む第１偏向磁石２ａと第２偏向磁石２ｂの間における電子線５の軌道を延長した直線上に反射鏡１９を配置すればよい。しかし、このように反射鏡１９を配置すると、Ｘ線１１３は反射鏡１９に入射し、それによって減衰する。

このようなＸ線１１３の減衰を軽減するために、本実施形態の反射鏡１９の有する基板には孔が設けられている。図４（ａ）、（ｂ）に基づいて本実施形態に係る反射鏡１９について詳細に説明する。図４（ａ）、（ｂ）は本実施形態の反射鏡１９の断面図を示した図である。図４（ａ）、（ｂ）に示すように、反射鏡１９は基板１９ｅと反射層部１９ｄを有する。実施形態１と同様に、反射層部１９ｄは多層膜で構成されている。本実施形態では、基板１９ｅの一部に孔１９ｆ、１９ｈが設けられている。反射層部１９ｄは孔の上にも作製する。交点と第２のＸ線窓の外縁を結んでできる領域と、基板に設けられた孔が重なるように反射鏡１９を配置する。

このように反射鏡１９を配置することで、本実施形態のＸ線発生装置を動作させたときに、Ｘ線１１３の一部または全部が基板に設けられた孔を通過して第２のＸ線窓からＸ線発生部の外へ出射する。これにより、反射鏡１９によるＸ線１１３の減衰を軽減することができる。一般的な多層膜は、総厚さが１μｍに満たないうえ、半分は軽元素で構成されている。そのため、多層膜によるＸ線１１３の減衰は小さい。そのため、多層膜には貫通孔が設けられていなくても良い。尚、発生したＸ線１１３は光１１と比較して波長が短いため、反射鏡１９の反射層部１９ｄに入射しても進行方向はほとんど変化しない。基板１９ｅに形成される孔は図４（ａ）に示すように基板の法線に平行な孔１９ｆでもよいし、図４（ｂ）に示すような基板の法線に対して斜めの孔１９ｈでもよい。反射鏡１９は、Ｘ線１１３の放射方向に対して傾けて配置する場合がある。斜めの孔１９ｈの軸をＸ線１１３の放射方向と合わせることで、孔の大きさが小さくても効率よくＸ線１１３を透過させることができる。反射層部１９ｄを支持する基板に設けられた孔を小さくすることで、反射層部１９ｄの歪みを抑えることができる。また、図４（ｃ）に示すように孔の代わりに凹部１９ｉを基板１９ｅに設けても良い。凹部１９ｉを設けると、孔を設けるよりもＸ線１１３の減衰を軽減する効果は減少するが、孔を設けるよりも反射層部１９ｄの歪みを抑えることができる。

〔第３実施形態〕
次に、図５に基づいて本発明の第３実施形態のＸ線発生装置１０２について説明する。図５は本発明の第３実施形態のＸ線発生装置１０２を示した図である。本実施形態のＸ線発生装置は、図５に示すように反射鏡２９が電子線５と交わることが第２実施形態と異なる。

電子線５と光１１は、交点１２において最も集束されていることが望ましい。集束に必要な距離は、電子の場合、電子線５のエネルギーと電子線集束素子４の仕様で決まる。また光の場合、光のエネルギーと集光素子７の仕様で決まる。

電子線５と光１１を交点１２で最も集束させる場合、電子線と光の夫々の集束に必要な距離によっては、電子線５の軌道上に反射鏡２９を設置せざるを得ない場合がある。例えば、第２偏向磁石２ｂと電子線５の焦点までの距離が反射鏡２９から光１１の焦点までの距離より長い場合である。電子線５の軌道に反射鏡２９が存在する場合、電子線５が入射することにより反射鏡２９が加熱され、反射鏡２９が損傷を被ることが考えられる。そのため、本実施形態における反射鏡２９には、電子線５が透過可能な貫通孔が設けられている。図６（（ａ）、（ｂ））に基づいて本実施形態の反射鏡２９について説明する。図６に示すように、反射鏡２９は基板２９ｅおよび反射層部２９ｄとして多層膜を有し、基板２９ｅと多層膜の夫々の一部に貫通孔（２９ｋ、２９ｍ）が設けられている。また、電子線５が貫通孔を通過するように反射鏡２９を配置する。本実施形態のＸ線発生装置を動作させた場合、電子線５の一部または全部は、貫通孔を通過する。これにより、電子線５による反射鏡２９の損傷を軽減することができる。反射鏡２９の損傷をより効果的に軽減するためには、電子線５の全部が反射鏡２９に設けられた貫通孔を通過することが望ましい。そのためには電子線軸と垂直且つ反射鏡２９を有する平面において、電子線軸と貫通孔の中心が一致し、貫通孔の断面が電子線の断面を内包するように貫通孔が反射鏡２９に設けられていることが望ましい。

また、交点１２で発生するＸ線２１３の一部または全部も貫通孔を通過するため、反射鏡２９によるＸ線２１３の減衰を軽減することができる。貫通孔は、図６（ａ）に示すような基板の法線に平行な貫通孔２９ｋでも良いし、図６（ｂ）に示すような基板の法線に対して斜めの貫通孔２９ｍでもよい。第２実施形態同様に反射鏡２９は、電子線５の軌道に対して傾けて配置する場合がある。斜めの貫通孔２９ｍの軸を電子線５の軌道と合わせることで、最小の貫通孔の大きさで効率よく電子線５を通過させ、またＸ線２１３を透過させることができる。

〔第４実施形態〕
次に、図７に基づいて本発明の第４実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態のＸ線発生装置を用いたＸ線撮像装置である。本実施形態のＸ線撮像装置は、Ｘ線の位相を利用して被検体を撮像する、Ｘ線トールボット干渉法を行う撮像装置である。

撮像装置１０００は、第１実施形態のＸ線発生装置１００と、Ｘ線を回折する回折格子２００、Ｘ線の遮蔽部と透過部が配列された遮蔽格子３００、Ｘ線を検出する検出器４００を備えている。Ｘ線発生装置１００は空間的可干渉性を有するＸ線を出射し、このＸ線発生装置からのＸ線を回折格子２００が回折することにより干渉パターンが形成される。遮蔽格子３００はこの干渉パターンを形成するＸ線の一部を遮蔽する。

Ｘ線発生装置１００と回折格子２００の間に被検体５００を配置すると、被検体５００によるＸ線の位相シフト情報を有する干渉パターンが形成される。この干渉パターンと遮蔽格子３００によりモアレが形成され、このモアレの情報を検出器４００により検出する。

つまりこの撮像装置１０００は被検体５００の位相情報を持つモアレを撮像することで被検体５００を撮像している。尚、回折格子が形成する干渉パターンを直接検出できる分解能を有する検出器を用いる場合は遮蔽格子を用いずに干渉パターンを直接検出しても良い。その場合は、撮像装置は被検体の位相情報を持つ干渉パターンを撮像することで被検体を撮像しているといえる。尚、被検体５００は回折格子２００と遮蔽格子３００の間に配置しても良く、遮蔽格子を用いない場合は回折格子２００と検出器４００の間に配置しても良い。

検出器４００による検出結果に基づいてフーリエ変換法や位相シフト法等を用いての位相回復処理を行うと、被検体の位相像を得ることができる。

尚、本実施形態ではＸ線撮像装置としてＸ線トールボット干渉法を行う撮像装置について説明をしたが、被検体を透過したＸ線を検出する検出器を備えたＸ線撮像装置であれば、その他の撮像方法を行うＸ線撮像装置に用いることができる。撮像方法は被検体によるＸ線の位相変化を利用した位相イメージングに関するものに限定されず、被検体によるＸ線の吸収を利用した吸収イメージングに関するものでも良い。また、第１実施形態のＸ線発生装置の代わりに、第２実施形態又は第３実施形態のＸ線発生装置を用いることもできる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。

１電子線源
２ａ第１偏向磁石
２ｂ第２偏向磁石
３電子線減衰器
４電子線集束素子
５電子線
６光源
７集光素子
９反射鏡
１０光減衰器
１１光
１２交点
１３Ｘ線
１４真空容器
１５光入射窓
１６光射出窓
１７Ｘ線窓

Claims

光を出射する光源と、電子線を出射する電子線源と、を備え、
前記光と前記電子線とを交差させることによりＸ線を発生させるＸ線発生装置であって、
前記電子線源は１０ＭｅＶ以下のエネルギーを有する前記電子線を出射し、
前記光と前記電子線との交差時における前記光の有するスペクトルのピーク波長は１００ｎｍ未満であることを特徴とするＸ線発生装置。
前記光を反射する反射層部を有する光学素子を備え、
前記光学素子の前記反射層部により反射した前記光が前記電子線を交差することを特徴とする請求項１に記載のＸ線発生装置。
前記反射層部は多層膜を有することを特徴とする請求項２に記載のＸ線発生装置。
前記光学素子は前記反射層部を支持する基板を有し、
前記基板は凹部又は孔を持ち、
前記光と前記電子線とが交差する位置と前記Ｘ線がＸ線発生装置の外へ出射する際に透過するＸ線窓の外縁とを結んでできる領域とが、前記凹部又は前記孔と重なるように前記光学素子が配置されていることを特徴とする請求項２又は３に記載のＸ線発生装置。
前記光学素子は前記反射層部を支持する基板を有し、
前記反射層部及び前記基板の夫々には孔が設けられており、
前記光と交差した前記電子線が、前記反射層部に設けられた孔と前記基板に設けられた孔を透過するように前記光学素子が配置されていることを特徴とする請求項２又は３に記載のＸ線発生装置。
前記光学素子は、前記Ｘ線の進行方向を変化させないことを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１項に記載のＸ線発生装置。
前記光と前記電子線とが交差することにより発生するＸ線のエネルギーは１５ｋｅＶ以上であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のＸ線発生装置。
前記光と前記電子線とが交差することにより発生するＸ線の広がり角は８０ｍｒａｄ以上であることを特徴とする請求項７に記載のＸ線発生装置。
被検体を透過したＸ線を検出する検出器を備えるＸ線撮像装置に用いられ、前記Ｘ線を出射することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のＸ線発生装置。
Ｘ線発生装置からのＸ線を回折して干渉パターンを形成する回折格子と、
前記干渉パターンを検出する検出器と、
被検体を前記Ｘ線発生装置と前記回折格子の間又は前記回折格子と前記検出器の間に配置することで前記被検体の撮像を行うＸ線撮像装置において、
前記Ｘ線発生装置として用いられることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のＸ線発生装置。
請求項１乃至８のいずれか１項に記載のＸ線発生装置と、
前記Ｘ線発生装置から出射して被検体を透過したＸ線を検出する検出器とを備えることを特徴とするＸ線撮像装置。