JP2014161738A - Ｘ線映像システム、ｘ線発生器及び電子放出素子 - Google Patents
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Abstract
【課題】厚さが低減され、かつ被写体の特定領域を低被爆量で立体的に撮影可能なＸ線映像システム、Ｘ線発生器及び電子放出素子を提供する。
【解決手段】２次元形態に配列され、それぞれ独立して駆動可能な複数のＸ線発生ユニット１００ａを備えるＸ線発生器１００と、Ｘ線発生器と離隔されるとともに離隔されたＸ線発生器との間に被写体Ｗが設けられ、複数のＸ線発生ユニットに対応する複数のＸ線検出ユニット２００ａを備えるＸ線検出器２００と、を有する。
【選択図】図２
【解決手段】２次元形態に配列され、それぞれ独立して駆動可能な複数のＸ線発生ユニット１００ａを備えるＸ線発生器１００と、Ｘ線発生器と離隔されるとともに離隔されたＸ線発生器との間に被写体Ｗが設けられ、複数のＸ線発生ユニットに対応する複数のＸ線検出ユニット２００ａを備えるＸ線検出器２００と、を有する。
【選択図】図２
Description
本発明は、Ｘ線映像システム、Ｘ線発生器及び電子放出素子に関する。
Ｘ線は、産業、科学、医療などの多様な分野で非破壊検査、材料の構造及び物性検査、映像診断、セキュリティ監視などに使われている。一般的に、このようなＸ線を用いた映像システムは、Ｘ線を放出させるＸ線発生器と、被写体を通過したＸ線を検出するＸ線検出器とを備える。
Ｘ線検出器は、フィルム方式からデジタル方式に急速に転換されているが、Ｘ線発生器はほとんど、タングステンフィラメント方式の負極を用いた電子発生素子を使っている。そのようなＸ線発生器には一つの電子発生素子が取り付けられている。一方、Ｘ線検出器は、一般的に平板状であるため、一つの電子発生素子から映像を得るためにＸ線発生器と被写体とはある程度の距離を置かねばならないため厚さが増大するという問題がある。また、一つのＸ線発生器から一定の面積の被写体を撮影せねばならないため、被写体の特定部分のみ選択して撮影することもできない。
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、厚さが低減され、かつ被写体の特定領域を低被爆量で立体的に撮影可能なＸ線映像システム、Ｘ線発生器及び電子放出素子を提供することを目的とする。
上記課題は、以下の手段により解決される。
（１）２次元形態に配列され、それぞれ独立して駆動可能な複数のＸ線発生ユニットを備えるＸ線発生器と、前記Ｘ線発生器と離隔されるとともに離隔された前記Ｘ線発生器との間に被写体が設けられ、前記複数のＸ線発生ユニットに対応する複数のＸ線検出ユニットを備えるＸ線検出器と、を有するＸ線映像システム。
（２）前記被写体は、前記Ｘ線発生器及び前記Ｘ線検出器のうち少なくとも一つと接触するように設けられる上記（１）に記載のＸ線映像システム。
（３）前記Ｘ線発生ユニットのうち少なくとも一つが駆動されることにより、Ｘ線が前記被写体の特定領域に照射される上記（１）または（２）に記載のＸ線映像システム。
（４）前記Ｘ線発生ユニットの少なくとも一つに対応する前記Ｘ線検出ユニットの少なくとも一つが駆動される上記（３）に記載のＸ線映像システム。
（５）前記Ｘ線発生ユニットの少なくとも一つは、同時または順次に駆動される上記（３）に記載のＸ線映像システム。
（６）前記Ｘ線発生ユニットの面積は、前記Ｘ線検出ユニットの面積と同一か、または前記Ｘ線検出ユニットの面積より大きい上記（１）〜（５）のいずれかに記載のＸ線映像システム。
（７）前記Ｘ線発生器と前記被写体との間には、Ｘ線の方向を調節するコリメータが設けられた上記（１）〜（６）のいずれかに記載のＸ線映像システム。
（８）前記Ｘ線発生ユニットは、電子を放出する複数の電子放出ユニットと、前記電子放出ユニットから放出される電子によってＸ線を放出する複数のＸ線放出ユニットと、を備える上記（１）〜（７）のいずれかに記載のＸ線映像システム。
（９）前記Ｘ線発生器は、前記複数の電子放出ユニットで構成された電子放出素子と、前記複数のＸ線放出ユニットで構成されたＸ線放出素子とを備える上記（８）に記載のＸ線映像システム。
（１０）前記電子放出ユニットは、カソード電極と、
前記カソード電極と離隔して設けられ、メッシュ部と、前記メッシュ部の周りに形成された延長部とを備える第１ゲートと、前記第１ゲートの延長部上に設けられ、その一方側の開口が前記メッシュ部と当接するゲートホールをもつ第２ゲートと、を備えるゲート電極と、前記カソード電極と前記ゲート電極との間に設けられ、前記メッシュ部を支持する複数の第１支持台及び前記延長部を支持する第２支持台を備えるゲート絶縁層と、前記ゲート絶縁層から露出した前記カソード電極上に設けられる複数の電子放出源と、を有する上記（８）に記載のＸ線映像システム。
前記カソード電極と離隔して設けられ、メッシュ部と、前記メッシュ部の周りに形成された延長部とを備える第１ゲートと、前記第１ゲートの延長部上に設けられ、その一方側の開口が前記メッシュ部と当接するゲートホールをもつ第２ゲートと、を備えるゲート電極と、前記カソード電極と前記ゲート電極との間に設けられ、前記メッシュ部を支持する複数の第１支持台及び前記延長部を支持する第２支持台を備えるゲート絶縁層と、前記ゲート絶縁層から露出した前記カソード電極上に設けられる複数の電子放出源と、を有する上記（８）に記載のＸ線映像システム。
（１１）前記ゲートホールは、前記一方側の開口側へ行くほど徐々に狭くなるように形成された上記（１０）に記載のＸ線映像システム。
（１２）前記ゲート電極と離隔して設けられたフォーカシング電極をさらに備える上記（１１）に記載のＸ線映像システム。
（１３）前記第１ゲート及び第２ゲートは、等電位である上記（１１）または（１２）に記載のＸ線映像システム。
（１４）前記メッシュ部のグリッド間隔は、前記第１支持台の高さと同一か、または前記第１支持台の高さより小さい上記（１１）〜（１３）のいずれかに記載のＸ線映像システム。
（１５）前記複数の第１支持台は、前記カソード電極上にストライプ状に形成され、前記電子放出源は、前記第１支持台の相互間、および前記第１支持台と第２支持台との間にストライプ状に形成された上記（１０）〜（１４）のいずれかに記載のＸ線映像システム。
（１６）前記電子放出源は、前記ゲート絶縁層より低い高さをもつ上記（１０）〜（１５）のいずれかに記載のＸ線映像システム。
（１７）前記Ｘ線放出ユニットは、前記電子放出源から放出された電子によってＸ線を発生させるアノード電極を備える上記（１０）〜（１６）のいずれかに記載のＸ線映像システム。
（１８）前記Ｘ線放出ユニットは、前記アノード電極上に設けられ、Ｘ線の進行を遮蔽する遮蔽ウィンドウをさらに備える上記（１７）に記載のＸ線映像システム。
（１９）２次元形態に配列され、それぞれ独立して駆動可能な複数のＸ線発生ユニットを備え、前記複数のＸ線発生ユニットは、電子を放出する複数の電子放出ユニット及び前記電子放出ユニットから放出される電子によってＸ線を放出する複数のＸ線放出ユニットを備え、前記電子放出ユニットは、カソード電極と、前記カソード電極と離隔して設けられ、メッシュ部と、前記メッシュ部の周りに形成された延長部とを備える第１ゲートと、前記第１ゲートの延長部上に設けられ、その一方側の開口が前記メッシュ部と当接するゲートホールが形成された第２ゲートと、を備えるゲート電極と、前記カソード電極と前記ゲート電極との間に設けられ、前記メッシュ部を支持する複数の第１支持台及び前記延長部を支持する第２支持台を備えるゲート絶縁層と、前記ゲート絶縁層から露出した前記カソード電極上に設けられる複数の電子放出源と、を備えるＸ線発生器。
（２０）前記ゲートホールは、前記一方側の開口側へ行くほど徐々に狭くなるように形成された上記（１９）に記載のＸ線発生器。
（２１）前記第１ゲート及び第２ゲートは、等電位である上記（１９）または（２０）に記載のＸ線発生器。
（２２）前記メッシュ部のグリッド間隔は、前記第１支持台の高さと同一か、または前記第１支持台の高さより小さい上記（１９）〜（２１）のいずれかに記載のＸ線発生器。
（２３）２次元形態に配列され、それぞれが独立して駆動可能な複数の電子放出ユニットを備え、前記電子放出ユニットは、カソード電極と、前記カソード電極と離隔して設けられ、メッシュ部と、前記メッシュ部の周りに形成された延長部とを備える第１ゲートと、前記第１ゲートの延長部上に設けられ、その一方側の開口が前記メッシュ部と当接するゲートホールが形成された第２ゲートと、を備えるゲート電極と、前記カソード電極と前記ゲート電極との間に設けられ、前記メッシュ部を支持する複数の第１支持台及び前記延長部を支持する第２支持台を備えるゲート絶縁層と、前記ゲート絶縁層から露出した前記カソード電極上に設けられる複数の電子放出源と、を備える電子放出素子。
（２４）前記ゲートホールは、前記一側の開口側へ行くほど徐々に狭くなるように形成された上記（２３）に記載の電子放出素子。
（２５）前記第１ゲート及び第２ゲートは、等電位である上記（２３）または（２４）に記載の電子放出素子。
（２６）前記メッシュ部のグリッド間隔は、前記第１支持台の高さと同一か、または前記第１支持台の高さより小さい上記（２３）〜（２５）のいずれかに記載の電子放出素子。
以下、添付した図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。以下に例示される実施形態は本発明の範囲を限定するものではなく、本発明を当業者に説明するために提供されるものである。図面で同じ参照符号は同じ構成要素を示し、各構成要素のサイズや厚さは説明の明確性のために誇張されている。
図１は、本発明の実施形態による透過型Ｘ線映像システムを示す斜視図である。図２は、図１に示されたＸ線映像システムの断面図である。
図１及び図２を参照すれば、Ｘ線映像システムは、平板状のＸ線発生器１００と、Ｘ線発生器１００から発生したＸ線を検出するＸ線検出器２００と、を備える。Ｘ線発生器１００とＸ線検出器２００との間に被写体Ｗが配置され、Ｘ線検出器２００は、Ｘ線発生器１００から放出されて被写体Ｗを透過したＸ線を検出することで被写体Ｗの内部を撮影する。ここで、被写体Ｗは、Ｘ線発生器１００及びＸ線検出器２００に接触するように設けられる。一方、被写体Ｗは、Ｘ線発生器１００とＸ線検出器２００のうちいずれか一つと接触するように設けられてもよい。
平板状のＸ線発生器１００は２次元形態に配列され、そのそれぞれが独立して駆動可能な複数のＸ線発生ユニット１００ａを備える。そして、Ｘ線発生ユニット１００ａは、２次元形態に配列され、それぞれが独立して電子を放出できる複数の電子放出ユニット１１０ａと、前記電子放出ユニット１１０ａから放出された電子によってＸ線を放出する複数のＸ線放出ユニット１５０ａと、を備える。ここで、複数の電子放出ユニット１１０ａは電子放出素子１１０を構成し、複数のＸ線放出ユニット１５０ａはＸ線放出素子１５０を構成する。よって、Ｘ線発生器１００は、複数の電子放出ユニット１１０ａを備える電子放出素子１１０と、複数のＸ線放出ユニット１５０ａを備えるＸ線放出素子１５０とで構成される。
Ｘ線放出素子１５０は、電子放出素子１１０から放出される電子によってＸ線を発生させるアノード電極１５１を備える。アノード電極１５１は、例えば、Ｗ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｕなどの金属または金属合金を含む。アノード電極１５１は、一体型に製作されるか、または電子放出ユニット１１０ａの数に対応する複数に分離されて製作される。一方、図面には示されていないが、アノード電極１５１は、Ｘ線の透過できる基板、例えば、ガラス基板上に形成される。透過型Ｘ線映像システムで、Ｘ線放出素子１５０はＸ線を透過させる。ここで、被写体Ｗは、Ｘ線放出素子１５０とＸ線検出器２００との間に配置される。被写体Ｗは、Ｘ線放出素子１５０及びＸ線検出器２００のうち少なくとも一つに接触するように設けられる。そして、Ｘ線検出器２００は２次元形態に配列され、それぞれが独立して駆動可能な複数のＸ線検出ユニット２００ａを備える。ここで、複数のＸ線検出ユニット２００ａは、複数のＸ線発生ユニット１００ａに対応するように設けられる。
Ｘ線発生ユニット１００ａとＸ線検出ユニット２００ａとは、互いに一対一に対応するように設けられる。一方、Ｘ線発生ユニット１００ａのそれぞれが２以上のＸ線検出ユニット２００ａと対応するように設けられてもよく、２以上のＸ線検出ユニット２００ａのそれぞれが２以上の発生ユニット１００ａと対応するように設けられてもよい。図２には、Ｘ線発生ユニット１００ａとＸ線検出ユニット２００ａとが互いに一対一に対応する場合が例示的に示されている。そして、Ｘ線発生ユニット１００ａの面積は、Ｘ線検出ユニット２００ａの面積と同一である。一方、後述するように、Ｘ線発生ユニット１００ａの面積がＸ線検出ユニット２００ａの面積より大きい場合もある。図２には、Ｘ線発生ユニット１００ａの面積がＸ線検出ユニット２００ａの面積と同じ場合が例示的に示されている。
Ｘ線発生ユニット１００ａは、それぞれ独立に駆動されてＸ線を発生させる。よって、Ｘ線発生ユニット１００ａいずれもが駆動されることによりＸ線を被写体Ｗのすべての領域に照射し、またはＸ線発生ユニット１００ａのうち一部が駆動されることにより被写体Ｗの特定領域のみを照射する。すなわち、Ｘ線発生ユニット１００ａのうち少なくとも一つが駆動して、Ｘ線を被写体Ｗのすべての領域または特定領域に照射する。この場合、駆動されるＸ線発生ユニット１００ａの少なくとも一つに対応するＸ線検出ユニット２００ａのみが駆動される。そして、Ｘ線発生ユニット１００ａの少なくとも一つは、同時または順次に駆動される。図２には、Ｘ線発生ユニット１００ａのすべてが同時に駆動されて、Ｘ線を被写体Ｗのすべての領域に照射する態様が例示的に示されている。一方、図１及び図２には示されていないが、後述するように、Ｘ線発生器１００とＸ線検出器２００との間にはＸ線の方向を調節できるコリメータ３００（図１２）がさらに設けられてもよい。
図３は、図１に示された電子放出素子１１０の平面図である。
図３を参照すれば、基板１１１上に複数のカソードライン１１２’を通じて電圧が印加される複数のカソード電極１１２（図５）が互いに並んで形成されている。そして、カソード電極１１２の上部には、複数のゲートライン１１４’を通じて電圧が印加される複数のゲート電極１１４（図５）が、カソード電極１１２と交差するように形成されている。これらのカソード電極１１２とゲート電極１１４とが交差する地点に電子放出ユニット１１０ａが設けられている。よって、電子放出ユニット１１０ａは、２次元のマトリックス状に基板１１１上に配列される。すなわち、電子放出ユニット１１０ａは、ｍ×ｎ（ここで、ｍ、ｎは、２以上の自然数）のマトリックス状に配列される。図３には、６×４のマトリックス状に配列された電子放出ユニット１１０ａが例示的に示されている。このように２次元形態に配列された電子放出ユニット１１０ａそれぞれは、独立に駆動されて電子を放出する。すなわち、カソード電極１１２のうちいずれか一つとゲート電極１１４のうちいずれか一つとにそれぞれ所定電圧が印加されることにより、電圧がそれぞれ印加されたカソード電極１１２及びゲート電極１１４が交差する地点に設けられた電子放出ユニット１１０ａが駆動され、電子を放出する。
図４は、図１に示されたＸ線検出器２００の平面図である。
図４を参照すれば、Ｘ線検出器２００は、２次元的に配列された複数のＸ線検出ユニット２００ａを備える。ここで、Ｘ線検出ユニット２００ａは、Ｘ線発生ユニット１００ａに対応して設けられる。具体的には、Ｘ線発生ユニット１００ａとＸ線検出ユニット２００ａとは、互いに一対一に対応するように設けられる。一方、Ｘ線発生ユニット１００ａのそれぞれが２以上のＸ線検出ユニット２００ａと対応するように設けられてもよく、Ｘ線検出ユニット２００ａのそれぞれが２以上の発生ユニット１００ａと対応するように設けられてもよい。図４には、図３に示されたＸ線発生ユニット１００ａと一対一に対応する６×４のマトリックス状に配列されたＸ線検出ユニット２００ａが例示的に示されている。
以下、電子放出ユニット１１０ａについて詳細に説明する。
図５は、図３のＶ−Ｖ’線の断面図であり、図６は、図３のＶＩ−ＶＩ’線の断面図である。そして、図７は、図３のＡ部分を拡大して示すものであり、図８は、図７のＶＩII−ＶＩII’線の断面図である。
図５ないし図８を参照すれば、基板１１１上にカソード電極１１２が設けられている。ここで、基板１１１としては、例えば、ガラス基板などのような絶縁基板が使われる。しかし、必ずしもこれに限定されるものではなく、基板１１１として導電性基板が使われてもよい。この場合、導電性基板の表面には絶縁層（図示せず）が形成されている。カソード電極１１２は、伝導性物質を含む。例えば、カソード電極１１２は、金属または伝導性金属酸化物などを含む。具体的には、カソード電極１１２は、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｍｏ、Ａｌ、ＷまたはＣｕなどの金属を含み、またはＩＴＯ（ｉｎｄｉｕｍｔｉｎ ｏｘｉｄｅ）、ＡＺＯ（Ａｌｕｍｉｎｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、ＳｎＯ２またはＩｎ２Ｏ３などの金属酸化物を含む。しかし、これらは単に例示的なものであり、これら以外にもカソード電極１１２は他の多様な物質を含むことができる。
カソード電極１１２上にはゲート絶縁層１１３が設けられており、ゲート絶縁層１１３上には、第１及び第２ゲート１１５、１１６を備えるゲート電極１１４が設けられている。ゲート絶縁層１１３は、カソード電極１１２とゲート電極１１４との間を絶縁するとともにゲート電極１１４を支持する役割を担う。具体的には、ゲート絶縁層１１３は、第１ゲート１１５のメッシュ部１１５ａを支持する複数の第１支持台１１３ａと、第１ゲート１１５の延長部１１５ｂ及び第２ゲート１１６を支持する第２支持台１１３ｂとを備える。このようなゲート絶縁層１１３は、例えば、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、ＨｆＯ２またはＡｌ２Ｏ３などを含むが、これらに限定されるものではない。ゲート絶縁層１１３を通じて露出されたカソード電極１１２上には、複数の電子放出源１１８が設けられる。具体的には、電子放出源１１８は、第１支持台１１３ａと、第２支持台１１３ｂとの間のカソード電極１１２上に設けられる。これらの電子放出源１１８は、カソード電極１１２とゲート電極１１４との間に電圧が印加されることで電子を放出する。電子放出源１１８は、例えば、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、カーボンナノファイバ、金属、シリコン、酸化物、ダイヤモンド、ＤＬＣ（ＤｉａｍｏｎｄＬｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ）、カーバイド化合物または窒素化合物などを含む。しかし、これらに限定されるものではない。電子放出源１１８は、ゲート絶縁層１１３より低い高さに形成される。
図９には、カソード電極１１２上にゲート絶縁層１１３及び複数の電子放出源１１８が形成された態様が示されている。図９を参照すれば、ゲート絶縁層１１３の第１支持台１１３ａがカソード電極１１２上に互いに並ぶストライプ状に形成されており、電子放出源１１８は、第１支持台１１３ａの相互間、および第１支持台１１３ａと第２支持台１１３ｂとの間に設けられている。ここで、電子放出源１１８は、ストライプ状に形成される。一方、第１支持台１１３ａ及び電子放出源１１８は多様な形態をもつ。
ゲート絶縁層１１３上にはゲート電極１１４が設けられている。このようなゲート電極１１４はカソード電極１１２と同様に伝導性物質を含む。例えば、ゲート電極１１４は、金属または伝導性金属酸化物などを含む。ゲート電極１１４５は、ゲート絶縁層１１３上に順次に設けられる第１及び第２ゲート１１５、１１６を備える。ここで、第１及び第２ゲート１１５、１１６は互いに電気的に連結されており、これによって、第１及び第２ゲート１１５、１１６は等電位をもつ。このような第１ゲート１１５と第２ゲート１１６とは、互いに当接するように設けられる。一方、第１ゲート１１５と第２ゲート１１６とは、互いに離隔して設けられてもよい。
第１ゲート１１５は、ゲート絶縁層１１３の第１支持台１１３ａ上に設けられるメッシュ部１１５ａと、ゲート絶縁層１１３の第２支持台１１３ｂ上に設けられ、メッシュ部１１５ａから周りに延びる延長部１１５ｂと、を備える。メッシュ部１１５ａは、第１支持台１１３ａによって支持されることで下向き反りが防止される。図８に示されるように、メッシュ部１１５ａのグリッド間隔ｄは、第１支持台１１３ａの高さｈと同一か、または第１支持台１１３ａの高さｈより小さい。このように、メッシュ部１１５ａのグリッド間隔ｄが第１支持台１１３ａの高さと同一か、またはそれより小さくすることにより、電子放出源１１８の表面に均一な電場が形成され、これによって電子放出源１１８から電子が均一に放出される。
第２ゲート１１６は、第１ゲート１１５の延長部１１５ｂ上に設けられる。このような第２ゲート１１６には、電子が通過するゲートホール１１６ａが貫設されている。ゲートホール１１６ａは、第１ゲート１１５のメッシュ部１１５ａの上部に位置する。すなわち、ゲートホール１１６ａの一方側の開口、すなわち、下部側の開口がメッシュ部１１５ａと当接する。このようなゲートホール１１６ａは、上部側へ行くほど徐々に広くなる形状に形成される。ここで、ゲートホール１１６ａは多様な形状の断面をもつ。図３には、方形の断面を持つゲートホール１１６ａが例示的に示されており、それ以外にもゲートホール１１６ａは、円形の断面やそれ以外の多様な形状の断面をもつことができる。
ゲート電極１１４の上部には、フォーカシング電極１１７がゲート電極１１４と離隔して設けられる。このようなフォーカシング電極１１７は、カソード電極１１２とゲート電極１１４との間に電圧が印加されることで、電子放出源１１８から放出された電子をＸ線発生ユニット１５０のアノード電極１５１上に集束させる役割を担う。フォーカシング電極１１７には、電子が通過するフォーカシングホール１１７ａが貫設されている。そして、ゲート電極１１４とフォーカシング電極１１７との間には、絶縁のためのフォーカシング絶縁層１１９がさらに形成される。フォーカシング絶縁層１１９には、ゲートホール１１６ａとフォーカシングホール１１７ａとを連結する絶縁層ホール１１９ａが貫設されている。一方、フォーカシング絶縁層１１９が形成されず、フォーカシング電極１１７がゲート電極１１４と離隔して設けられてもよい。図面には示されていないが、フォーカシング電極１１７の上部に他のフォーカシング電極（図示せず）がさらに設けられてもよい。
以上のように、ゲート絶縁層１１３の第１支持台１１３ａ上に第１ゲート１１５のメッシュ部１１５ａが設けられており、第１ゲート１１５上には、上部側へ行くほど広くなるゲートホール１１６ａが貫設された第２ゲート１１６が設けられている。ここで、第１及び第２ゲート１１５、１１６は等電位に維持される。そして、第２ゲート１１６の上部には、電子を集束するフォーカシング電極１１７が設けられている。このような構造により、第１支持台１１３ａ及びメッシュ部１１５ａによって電子放出源１１８から均一に放出された電子は、上部側へ行くほど広くなるゲートホール１１６ａを通過した後、フォーカシング電極１１７によって集束されてアノード電極１５１上に非常に小さな直径、例えば、数百μｍ以下の直径を持つ集束点を形成する。これによって、アノード電極１５１から高解像度の映像を得られるＸ線が放出される。
以上の実施形態によるＸ線映像システムは２次元的に配列され、それぞれが独立に駆動される複数のＸ線発生ユニット１００ａを有する平板状のＸ線発生器１００を備える。よって、このような平板状のＸ線発生器１００とＸ線検出器２００との間に被写体Ｗを配置させることで、厚さが低減されたＸ線映像システムを実現する。また、Ｘ線発生器１００を構成する電子放出素子１１０で、第１支持台１１３ａ及びメッシュ部１１５ａによって電子放出源１１８から電子を均一に放出でき、このように放出された電子は、上部側へ行くほど広くなるゲートホール１１６ａを通過した後でフォーカシング電極１１７によって集束される。よって、アノード電極１５１上には非常に小直径の集束点を形成し、その結果、アノード電極１５１から高解像度の映像を得られるＸ線が放出される。
図１０は、図１に示されたＸ線放出素子１５０の変形例を示したものである。図１０を参照すれば、Ｘ線放出素子１５０’は、アノード電極１５１’と、アノード電極１５１’の下面に設けられた遮蔽ウィンドウ１５２’とを備える。アノード電極１５１’は、電子放出素子１１０から放出される電子によってＸ線を発生させる電極であり、例えば、Ｗ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｕなどの金属または金属合金を含む。遮蔽ウィンドウ１５２’は、アノード電極１５１’から放出されたＸ線のうち対応するＸ線検出ユニット２００ａ以外の方向に進行するＸ線を遮蔽する役割を担う。このために、遮蔽ウィンドウ１５２’は、Ｘ線進行方向に沿って徐々に広くなる形状をもつ複数の貫通孔１５２’ａを備える。
図１１は、図１に示されたＸ線映像システムを用いて被写体Ｗの特定領域Ｐ１を撮影する態様を示す図である。
図１１を参照すれば、Ｘ線発生器１００を構成する複数のＸ線発生ユニット１００ａ１、１００ａ２、１００ａ３、１００ａ４、１００ａ５、１００ａ６のうち一つのＸ線発生ユニット１００ａ４のみ駆動されてＸ線が放出される。そして、このように放出されたＸ線が被写体Ｗの特定領域Ｐ１を透過した後、対応するＸ線検出ユニット２００ａ４によって検出される。ここで、Ｘ線検出器２００を構成する複数のＸ線検出ユニット２００ａ１、２００ａ２、２００ａ３、２００ａ４、２００ａ５、２００ａ６のうち対応するＸ線検出ユニット２００ａ４のみ駆動される。このように、Ｘ線映像システムでは、Ｘ線発生器１００を構成する複数のＸ線発生ユニット１００ａ１、１００ａ２、１００ａ３、１００ａ４、１００ａ５、１００ａ６のうち一部のみを駆動することで、被写体Ｗの特定領域Ｐ１のみを撮影する。図１１には、一つのＸ線発生ユニット１００ａ４及びこれに対応する一つのＸ線検出ユニット２００ａ４が駆動される場合が示されている。しかし、複数のＸ線発生ユニット１００ａ１、１００ａ２、１００ａ３、１００ａ４、１００ａ５、１００ａ６のうち２以上のＸ線発生ユニットが駆動され、複数のＸ線検出ユニット２００ａ１、２００ａ２、２００ａ３、２００ａ４、２００ａ５、２００ａ６のうち対応する２以上のＸ線検出ユニットが駆動されてもよい。また、図１１には、一つのＸ線発生ユニットが一つのＸ線検出ユニットに対応する場合が示されているが、一つのＸ線発生ユニットが２以上のＸ線検出ユニットに対応してもよく、２以上のＸ線発生ユニットが一つのＸ線検出ユニットに対応してもよい。
図１２は、図１に示されたＸ線映像システムを用いて被写体Ｗの特定領域Ｐ２を立体的に撮影する態様を示す図である。
図１２を参照すれば、Ｘ線発生器１００を構成する複数のＸ線発生ユニット１００ａ１、１００ａ２、１００ａ３、１００ａ４、１００ａ５、１００ａ６のうち３個のＸ線発生ユニット１００ａ２、１００ａ３、１００ａ４が駆動される。この場合、当該３個のＸ線発生ユニット１００ａ２、１００ａ３、１００ａ４は、順次に駆動されてＸ線を放出する。具体的には、先ず、複数のＸ線発生ユニット１００ａ１、１００ａ２、１００ａ３、１００ａ４、１００ａ５、１００ａ６のうち一つのＸ線発生ユニット１００ａ２が駆動されてＸ線を放出する。そして、このように放出されたＸ線は、コリメータ３００を通じて被写体Ｗの特定領域Ｐ２を透過した後、対応するＸ線検出ユニット２００ａ２、２００ａ３、２００ａ４によって検出される。ここで、コリメータ３００は、Ｘ線発生器１００と被写体Ｗとの間に設けられてＸ線を所望の方向に調節できるものであり、例えば、グリッド形態を含む。一方、図１２には、３個のＸ線発生ユニット１００ａ２、１００ａ３、１００ａ４それぞれが３個のＸ線検出ユニット２００ａ２、２００ａ３、２００ａ４と対応する場合が例示的に示されている。
次いで、他のＸ線発生ユニット１００ａ３が駆動されてＸ線を放出し、このように放出されたＸ線は、コリメータ３００を通じて被写体Ｗの特定領域Ｐ２を透過した後、対応するＸ線検出ユニット２００ａ２、２００ａ３、２００ａ４によって検出される。次いで、さらに他のＸ線発生ユニット１００ａ４が駆動されてＸ線を放出し、このように放出されたＸ線は、コリメータ３００を通じて被写体Ｗの特定領域Ｐ２を透過した後、対応するＸ線検出ユニット２００ａ２、２００ａ３、２００ａ４によって検出される。当該複数のＸ線検出ユニット２００ａ１、２００ａ２、２００ａ３、２００ａ４、２００ａ５、２００ａ６のうち３個のＸ線検出ユニット２００ａ２、２００ａ３、２００ａ４のみ駆動される。この場合、順次に駆動する３個のＸ線発生ユニット１００ａ２、１００ａ３、１００ａ４から放出されるＸ線を用いて、被写体Ｗの特定領域Ｐ２を互いに異なる方向から撮影した映像データが、Ｘ線検出ユニット２００ａ２、２００ａ３、２００ａ４を通じて得られる。したがって、被写体Ｗの特定領域Ｐ２についての立体映像が得られる。
図１３は、他の例示的な実施形態によるＸ線映像システムを示すものである。以下では、上述した実施形態と異なる点を中心として説明する。
図１３を参照すれば、Ｘ線映像システムは、平板状のＸ線発生器１００と、Ｘ線発生器１００から発生したＸ線を検出するＸ線検出器２００’とを備える。そして、Ｘ線発生器１００と被写体Ｗとの間には、Ｘ線の進行方向を調節できるコリメータ３００が配される。平板状のＸ線発生器１００は、前述したように２次元形態に配列され、そのそれぞれが独立して駆動可能な複数のＸ線発生ユニット１００ａ１、１００ａ２、１００ａ３、１００ａ４、１００ａ５、１００ａ６を備える。そして、Ｘ線検出器２００’は、複数のＸ線発生ユニット１００ａ１、１００ａ２、１００ａ３、１００ａ４、１００ａ５、１００ａ６に対応する複数のＸ線検出ユニット２００ａ１、２００ａ２、２００ａ３、２００ａ４、２００ａ５、２００ａ６を備える。ここで、複数のＸ線検出ユニット２００ａ１、２００ａ２、２００ａ３、２００ａ４、２００ａ５、２００ａ６それぞれの面積は、複数のＸ線発生ユニット１００ａ１、１００ａ２、１００ａ３、１００ａ４、１００ａ５、１００ａ６それぞれの面積より小さい。このような構造で、例えば、複数のＸ線発生ユニット１００ａ１、１００ａ２、１００ａ３、１００ａ４、１００ａ５、１００ａ６のうち３個のＸ線発生ユニット１００ａ２、１００ａ３、１００ａ４が駆動されてＸ線を放出し、このように放出されたＸ線は、コリメータ３００を通じて被写体Ｗの特定領域Ｐ３を透過した後、対応するＸ線検出ユニット２００ａ２、２００ａ３、２００ａ４によって検出される。ここで、Ｘ線検出ユニット２００ａ２、２００ａ３、２００ａ４それぞれの面積は、Ｘ線放出ユニット１００ａ２、１００ａ３、１００ａ４それぞれの面積より小さいため、散布（ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）によって発生するノイズを低減させる。
図１４は、さらに他の例示的な実施形態による反射型Ｘ線映像システムを示す図である。以下では、上述した実施形態と異なる点を中心として説明する。
図１４を参照すれば、Ｘ線映像システムは、平板状のＸ線発生器５００と、Ｘ線発生器５００から発生したＸ線を検出するＸ線検出器６００とを備える。平板状のＸ線発生器５００は、前述したように２次元形態に配列され、そのそれぞれが独立して駆動可能な複数のＸ線発生ユニットを備える。そして、Ｘ線発生ユニットは２次元形態に配列され、それぞれが独立して電子を放出できる複数の電子放出ユニットと、電子放出ユニットから放出された電子によってＸ線を放出する複数のＸ線放出ユニットとを備える。ここで、複数の電子放出ユニットは電子放出素子を構成し、複数のＸ線放出ユニットはＸ線放出素子を構成する。よって、Ｘ線発生器５００は、複数の電子放出ユニットで構成された電子放出素子５１０と、複数のＸ線放出ユニットで構成されたＸ線放出素子５５０とを備える。反射型Ｘ線映像システムにおいて、Ｘ線放出素子５５０はＸ線を反射させる。このような反射型Ｘ線映像システムでは、Ｘ線検出器６００がＸ線放出素子５１０の上部に設けられ、Ｘ線放出素子５１０とＸ線検出器６００との間に被写体Ｗが配される。よって、Ｘ線放出素子５５０から放出される反射したＸ線は電子放出素子５１０を通じて被写体Ｗを透過した後、Ｘ線検出器６００に到逹する。ここで、被写体Ｗは、電子放出素子５１０及びＸ線検出器６００のうち少なくとも一つと接触するように設けられる。
以上の実施形態によるＸ線映像システムは、２次元的に配列され、それぞれが独立して駆動できる複数のＸ線発生ユニットを備える平板状のＸ線発生器を備える。よって、このような平板状のＸ線発生器科Ｘ線検出器との間に被写体を配置させることで厚さが低減されたＸ線映像システムを実現する。複数の発生ユニットのうち一部のみ駆動させることで被写体の特定領域のみを撮影し、このような選択的部分撮影によって不要な領域のＸ線の照射を防止することで被曝量を低減させることができる。複数の発生ユニットのうち少なくとも一部は、順次に駆動することで被写体の特定領域を立体的に撮影することもできる。また、Ｘ線発生器を構成する電子放出素子で、第１支持台及びメッシュ部によって電子放出源から電子が均一に放出され、これらの電子は、上部側へ行くほど広くなるゲートホールを通過した後、フォーカシング電極によって集束される。よって、アノード電極上には非常に小直径の集束点を形成でき、その結果、アノード電極から高解像度の映像を得られるＸ線が放出される。よって、Ｘ線映像システムは被写体に対する被曝量を低減させ、多様な被写体サイズに対応する多様なシステム構成が可能であり、均一かつ高解像度のＸ線映像を実現する。以上、実施形態により本発明の技術的内容を説明したが、当業者ならば、上述した実施形態に基づいて多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるという点を理解できるであろう。
１００、５００ Ｘ線発生器、
１００ａ Ｘ線発生ユニット、
１１０、５１０ 電子放出素子、
１１０ａ 電子放出ユニット、
１１１ 基板、
１１２ カソード電極、
１１２’ カソードライン、
１１３ ゲート絶縁層、
１１３ａ 第１支持台、
１１３ｂ 第２支持台、
１１４ ゲート電極、
１１４’ ゲートライン、
１１５ 第１ゲート、
１１５ａ メッシュ部、
１１５ｂ 延長部、
１１６ 第２ゲート、
１１６ａ ゲートホール、
１１７ フォーカシング電極、
１１７ａ フォーカシングホール、
１１８ 電子放出源、
１１９ フォーカシング絶縁層、
１１９ａ 絶縁層ホール、
１５０、１５０’、５５０ Ｘ線放出素子、
１５０ａ Ｘ線放出ユニット、
１５１、１５１’ アノード電極、
１５２’ 遮蔽ウィンドウ、
２００、６００ Ｘ線検出器、
２００ａ Ｘ線検出ユニット、
Ｗ 被写体。
１００ａ Ｘ線発生ユニット、
１１０、５１０ 電子放出素子、
１１０ａ 電子放出ユニット、
１１１ 基板、
１１２ カソード電極、
１１２’ カソードライン、
１１３ ゲート絶縁層、
１１３ａ 第１支持台、
１１３ｂ 第２支持台、
１１４ ゲート電極、
１１４’ ゲートライン、
１１５ 第１ゲート、
１１５ａ メッシュ部、
１１５ｂ 延長部、
１１６ 第２ゲート、
１１６ａ ゲートホール、
１１７ フォーカシング電極、
１１７ａ フォーカシングホール、
１１８ 電子放出源、
１１９ フォーカシング絶縁層、
１１９ａ 絶縁層ホール、
１５０、１５０’、５５０ Ｘ線放出素子、
１５０ａ Ｘ線放出ユニット、
１５１、１５１’ アノード電極、
１５２’ 遮蔽ウィンドウ、
２００、６００ Ｘ線検出器、
２００ａ Ｘ線検出ユニット、
Ｗ 被写体。
Claims (26)
- ２次元形態に配列され、それぞれ独立して駆動可能な複数のＸ線発生ユニットを備えるＸ線発生器と、
前記Ｘ線発生器と離隔されるとともに離隔された前記Ｘ線発生器との間に被写体が設けられ、前記複数のＸ線発生ユニットに対応する複数のＸ線検出ユニットを備えるＸ線検出器と、
を有するＸ線映像システム。 - 前記被写体は、前記Ｘ線発生器及び前記Ｘ線検出器のうち少なくとも一つと接触するように設けられる請求項１に記載のＸ線映像システム。
- 前記Ｘ線発生ユニットのうち少なくとも一つが駆動されることにより、Ｘ線が前記被写体の特定領域に照射される請求項１または２に記載のＸ線映像システム。
- 前記Ｘ線発生ユニットの少なくとも一つに対応する前記Ｘ線検出ユニットの少なくとも一つが駆動される請求項３に記載のＸ線映像システム。
- 前記Ｘ線発生ユニットの少なくとも一つは、同時または順次に駆動される請求項３に記載のＸ線映像システム。
- 前記Ｘ線発生ユニットの面積は、前記Ｘ線検出ユニットの面積と同一か、または前記Ｘ線検出ユニットの面積より大きい請求項１〜５のいずれかに記載のＸ線映像システム。
- 前記Ｘ線発生器と前記被写体との間には、Ｘ線の方向を調節するコリメータが設けられた請求項１〜６のいずれかに記載のＸ線映像システム。
- 前記Ｘ線発生ユニットは、電子を放出する複数の電子放出ユニットと、前記電子放出ユニットから放出される電子によってＸ線を放出する複数のＸ線放出ユニットと、を備える請求項１〜７のいずれかに記載のＸ線映像システム。
- 前記Ｘ線発生器は、前記複数の電子放出ユニットで構成された電子放出素子と、前記複数のＸ線放出ユニットで構成されたＸ線放出素子とを備える請求項８に記載のＸ線映像システム。
- 前記電子放出ユニットは、
カソード電極と、
前記カソード電極と離隔して設けられ、メッシュ部と、前記メッシュ部の周りに形成された延長部とを備える第１ゲートと、前記第１ゲートの延長部上に設けられ、その一方側の開口が前記メッシュ部と当接するゲートホールをもつ第２ゲートと、を備えるゲート電極と、
前記カソード電極と前記ゲート電極との間に設けられ、前記メッシュ部を支持する複数の第１支持台及び前記延長部を支持する第２支持台を備えるゲート絶縁層と、
前記ゲート絶縁層から露出した前記カソード電極上に設けられる複数の電子放出源と、
を有する請求項８に記載のＸ線映像システム。 - 前記ゲートホールは、前記一方側の開口側へ行くほど徐々に狭くなるように形成された請求項１０に記載のＸ線映像システム。
- 前記ゲート電極と離隔して設けられたフォーカシング電極をさらに備える請求項１１に記載のＸ線映像システム。
- 前記第１ゲート及び第２ゲートは、等電位である請求項１１または１２に記載のＸ線映像システム。
- 前記メッシュ部のグリッド間隔は、前記第１支持台の高さと同一か、または前記第１支持台の高さより小さい請求項１１〜１３のいずれかに記載のＸ線映像システム。
- 前記複数の第１支持台は、前記カソード電極上にストライプ状に形成され、前記電子放出源は、前記第１支持台の相互間、および前記第１支持台と第２支持台との間にストライプ状に形成された請求項１０〜１４のいずれかに記載のＸ線映像システム。
- 前記電子放出源は、前記ゲート絶縁層より低い高さをもつ請求項１０〜１５のいずれかに記載のＸ線映像システム。
- 前記Ｘ線放出ユニットは、前記電子放出源から放出された電子によってＸ線を発生させるアノード電極を備える請求項１０〜１６のいずれかに記載のＸ線映像システム。
- 前記Ｘ線放出ユニットは、前記アノード電極上に設けられ、Ｘ線の進行を遮蔽する遮蔽ウィンドウをさらに備える請求項１７に記載のＸ線映像システム。
- ２次元形態に配列され、それぞれ独立して駆動可能な複数のＸ線発生ユニットを備え、前記複数のＸ線発生ユニットは、電子を放出する複数の電子放出ユニット及び前記電子放出ユニットから放出される電子によってＸ線を放出する複数のＸ線放出ユニットを備え、
前記電子放出ユニットは、
カソード電極と、
前記カソード電極と離隔して設けられ、メッシュ部と、前記メッシュ部の周りに形成された延長部とを備える第１ゲートと、前記第１ゲートの延長部上に設けられ、その一方側の開口が前記メッシュ部と当接するゲートホールが形成された第２ゲートと、を備えるゲート電極と、
前記カソード電極と前記ゲート電極との間に設けられ、前記メッシュ部を支持する複数の第１支持台及び前記延長部を支持する第２支持台を備えるゲート絶縁層と、
前記ゲート絶縁層から露出した前記カソード電極上に設けられる複数の電子放出源と、を備えるＸ線発生器。 - 前記ゲートホールは、前記一方側の開口側へ行くほど徐々に狭くなるように形成された請求項１９に記載のＸ線発生器。
- 前記第１ゲート及び第２ゲートは、等電位である請求項１９または２０に記載のＸ線発生器。
- 前記メッシュ部のグリッド間隔は、前記第１支持台の高さと同一か、または前記第１支持台の高さより小さい請求項１９〜２１のいずれかに記載のＸ線発生器。
- ２次元形態に配列され、それぞれが独立して駆動可能な複数の電子放出ユニットを備え、
前記電子放出ユニットは、
カソード電極と、
前記カソード電極と離隔して設けられ、メッシュ部と、前記メッシュ部の周りに形成された延長部とを備える第１ゲートと、前記第１ゲートの延長部上に設けられ、その一方側の開口が前記メッシュ部と当接するゲートホールが形成された第２ゲートと、を備えるゲート電極と、
前記カソード電極と前記ゲート電極との間に設けられ、前記メッシュ部を支持する複数の第１支持台及び前記延長部を支持する第２支持台を備えるゲート絶縁層と、
前記ゲート絶縁層から露出した前記カソード電極上に設けられる複数の電子放出源と、を備える電子放出素子。 - 前記ゲートホールは、前記一側の開口側へ行くほど徐々に狭くなるように形成された請求項２３に記載の電子放出素子。
- 前記第１ゲート及び第２ゲートは、等電位である請求項２３または２４に記載の電子放出素子。
- 前記メッシュ部のグリッド間隔は、前記第１支持台の高さと同一か、または前記第１支持台の高さより小さい請求項２３〜２５のいずれかに記載の電子放出素子。
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